5.7.1 Статические характеристики мдп-транзисторов с индуцированным

каналом

Эти характеристики отражают зависимость тока стока от напряжений U_зи и U_си. Практическое применение получили статические сток-затворные и стоковые, или выходные, характеристики.

Рисунок 5.19 Сток-затворные характеристики МДП-транзистора

На рис. 5.19а приведены сток-затворные характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом p-типа, а на рис. 5.19б – МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа. Как видно из этих характеристик напряжение Uси оказывает слабое влияние на ток стока, поэтому часто вместо семейства приводится одна сток-затворная характеристика.

Выходные, или стоковые характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа показаны на рис. 5.19в. Они похожи на выходные характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме ОЭ, но в отличие от них при разных значениях U_зи восходящие участки имеют различную крутизну. На стоковых характеристиках можно выделить две области: крутую (1) и пологую (2).

Связь между током стока I_c и напряжениями на электродах МДП-транзистора с индуцированным каналом определяется уравнениями Хофстайна. Для крутой области характеристик

I_c = K[(U_зи-U_{зи пор})U_cи-0,5U²_cи],

где K – удельная крутизна, измеряемая в А/В² и зависящая от размеров канала и материала диэлектрика.

Для пологой области характеристик

I_c = 0,5 K(U_зи-U_{зи пор})².

5.7.2 МДП-транзисторы со встроенным каналом

В этих транзисторах на этапе изготовления между стоком и истоком создается тонкий канал с таким же типом электропроводности. Поэтому при подключении внешнего источника напряжения E_c ток будет протекать даже при U_зи = 0. Изменяя напряжение U_зи можно изменять толщину канала и, следовательно, протекающий через него ток стока.

Сток-затворные и стоковые характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа показаны на рис. 5.20а,б, а его условное обозначение – на рис. 5.20в.

Рисунок 5.20. Сток-затворные характеристьик и МДП-транзистора со встроенным каналом

Ток стока при U_зи = 0 называется начальным и обозначается I_{c нач}. При подаче на затвор положительного напряжения происходит расширение канала и увеличение тока стока. При U_зи<0 канал сужается и ток стока уменьшается. Напряжение U_зи, при котором ток стока уменьшается до нуля, называется напряжением отсечки и обозначается U_{зи отс}.

Основу статических элементов, выполненных на МДП-транизисторах, составляет инвертор, или ключевая схема, содержащая управляющий транзистор и нагрузку. В зависимости от типа нагрузки можно выделить пять основных типов инверторов: с линейной, нелинейной, квазилинейной, токостабилизирующей нагрузкой и инвертор на комплементарных МДП-транзисторах, или КМДП-инвертор.

3. Инвертор с линейной нагрузкой

Р исунок 5.21. Инвертор с линейной нагрузкой

В инверторе с линейной нагрузкой (рис. 5.21) при подаче на затвор напряжения логического нуля U_ЗИ = U⁰_вх < U_ЗИпор транзистор VT закрыт и через него протекает лишь незначительный ток утечки I_ут. На выходе образуется напряжение логической единицы: U¹_вых = E_п – I_ут R  E_п.

Если на затвор подано напряжение логической единицы U_ЗИ = U¹_вых  E_п, то транзистор откроется и на его выходе образуется напряжение низкого уровня U⁰_вых, определяемое формулой: U⁰_вых = E_п – I_С R.

Это напряжение будет тем меньше, чем больше сопротивление резистора R по сравнению с сопротивлением канала R_к открытого управляющего транзистора VT. Обычно выбирают R таким, чтобы его сопротивление превышало сопротивление канала открытого транзистора в 20 раз и более.

При U_вых = U⁰_вых инвертор потребляет от источника питания мощность P⁰ = I⁰_пот E_п = E_п (E_п – U⁰_вых)/R  E²_п/R, а при U_вых = U¹_вых потребляемая им мощность близка к нулю: P¹ = I¹_пот E_п = I_ут E_п  0. Следовательно, средняя потребляемая мощность инвертора с линейной нагрузкой равна:

P_ср = 0,5 (P⁰ + P¹)  0,5P⁰ = 0,5 E²_п / R.

Передаточную характеристику (ПХ) инвертора можно построить, используя выходные характеристики управляющего транзистора VT и линию нагрузки

U_СИ = E_п – I_С R.

На рис. 5.22а приведены выходные характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа, имеющего параметры U_{ЗИ пор} = 2,5 В, K = 0,04 мА/В², и линия нагрузки, построенная для R = 50 кОм и Е_п = +10 В. При U_вх  2,5 В ПХ представлена горизонтальным отрезком U_вых = Е_п = 10 В (рис. 6.17б). Остальные точки ПХ получаются перенесением на нее точек с координатами, определяемыми точками пересечения выходных характеристик с линией нагрузки. Например, при U_вых = U_СИ = 6 В линия нагрузки пересекается с выходной характеристикой, снятой при U_вх = U_ЗИ = 4,5 В.

Точка пересечения ПХ с линией единичного наклона U_вых = U_вх определяет средний порог переключения инвертора U_{пор. ср}.

Р исунок 5.22. Характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом

Недостатком инвертора с линейной нагрузкой является то, что площадь, занимаемая на подложке микросхемы резистором R, изготовленном методом диффузии, в 30…50 раз превышает площадь, занимаемую транзистором. Кроме того между диффузионным резистором и подложкой образуется большая распределённая ёмкость, что существенно ухудшает динамические параметры инвертора. Из-за этих недостатков инвертор с линейной нагрузкой находит ограниченное применение.