Параметры пт

Основным параметрам, используемым при расчете усилительного каскада с полевым транзистором, является статическая крутизна характеристики прямой передачи, т. е. отношение изменения тока стока к напряжению между затвором и истоком:

Дифференциальное выходное сопротивление здесь определяется как

, Ом, .

Оно составляет, примерно десятки — сотни ком. Статический коэффициент усиления по напряжению m=DU_СИ/DU_ЗИ =S×R_i .

Междуэлектродные емкости затвор-исток С_ЗИ затвор-сток С_ЗС и сток-исток С_СИ. Для маломощных транзисторов С_ЗИ=3 пФ, С_ЗС=2 пФ и С_СИ=0,2 пФ.

Полевой транзистор можно использовать как переменный резистор, управляемый напряжении (в первой области). На втором участке, где линии идут практически горизонтально, транзистор работает как усилительный элемент.

Схема включения с ОИ

Схема с общим затвором не применяется — параметры получаются крайне неудачные. Остаётся только с общим истоком и общим стоком.

Схема с общим истоком сходна со схемой с общим эмиттером: усиливает ток и напряжение, входное и выходное сопротивления велики.

Ср1 отделяет источник сигнала от каскада по постоянному току; Ср2 — отделяет каскад от нагрузки по постоянному току. Сопротивление цепи стока с преобразует изменение тока стока в изменение выходного напряжения. Мы управляем выходным током. Сопротивление цепи затвора Rз отделяет вход каскада от источника смещения Eз. Можно ставить большим, так как через него ток почти не идёт. Каскад инвертирует сигнал, т. к. Uзи↑ -> Uси↓. Режим работы по постоянному току — когда сигнал нулевой, есть только питание. Цель — получить Uси≈ Ec/2.

Схема включения с ОС

Данная схема по своим свойствам близка к схеме с общим коллектором. Называется также истоковым повторителем. Входное сопротивление большое, выходное малое. Коэффициент усиления по мощности большой из-за большого коэффициента усиления по току.

Rи преобразует изменение тока истока в изменение напряжения; Rз отделяет вход каскада от источника смещающего напряжения по переменному сигналу.

На выходе опять хотим иметь обратное смещение, половину питания. В этом случае Е_з может быть положительным. Важно, чтобы оно было гарантировано меньше Е_с⁄2.

Выводы: схема не усиливает входное напряжение, может иметь большое входное сопротивление, имеет малое выходное сопротивление.

Схемы на полевых транзисторах с управляющим pn-переходом используются в усилителях умеренно высоких частот (сотни МГц). Практически не используются в ключевых схемах.

Мдп транзисторы Полевой транзистор с изолированным затвором

Этот транзистор имеет структуру металл - диэлектрик - полупроводник и может быть двух типов: с индуцированным каналом (рисунок а) и с встроенным каналом (рисунок б). Если основой транзистора является кремний, то диэлектриком может быть слой окиси кремния, поэтому такую структуру иногда называют МОП-транзистор (металл - окисел - полупроводник).

а) б)

Структура МДП ПТ с индуцированным (а) и встроенным (б) каналами.

МДП-транзистор с индуцированным каналом

Транзистор с индуцированным каналом имеет обла­сти истока n⁺ и стока n⁺, которые выведены путем металлизации через отверстие в окиси кремния на контакты - исток и сток. На слой двуокиси окиси кремния напыляют слой алюминия, служащий затво­ром. Можно считать, что алюминиевый затвор и полупроводниковый материал p-типа образуют плоский конденсатор с окисным диэлектри­ком, Если на металлическую часть затвора подать положительное напряжение, то положительный заряд обкладки затвора индуцирует соответствующий отрицательный заряд в полупроводниковой области канала. С возрастанием положительного напряжения этот заряд, созданный притянутыми из глубины p-области проводника электронами, которые являются неосновными носителями, превращает поверхностный слой полупроводника p-типа в проводящий канал n-типа, соединяющий исходные n⁺-области истока и стока. Поэтому уменьшается сопротивление материала между истоком и стоком, что ведет к увеличению тока стока. Таким образом, благодаря электро­статической индукции между истоком и стоком происходит инверсия типа проводимости полупроводника. Слой полупроводника p-типа превращается в полупроводник

n-типа. До инверсии сопротивление между истоком и стоком определяется сопротивлением закрытого перехода, так как до инверсии имеет место структура n⁺рn⁺. После инверсии образуется n-проводимость и структура становится n⁺nn⁺. Меняя напряжение на затворе, можно управлять током стока. Если взять подложку n-типа, то можно построить МДП-транзистор с индуцированным p-каналом, который управляется отрицательным напряжением на затворе.

МДП-транзистор с встроенным каналом

Транзистор с встроенным каналом имеет конструкцию, подобную предыдущей. Между истоком и стоком методом диффузии создают слаболегированный канал c проводимостью n^--типа при проводимости подложки p-типа. Возможно другое сочетание. Канал имеет проводимость p-типа, а подложка — проводимость n-типа. В отсутствие напряжения на затворе ток между истоком и стоком опреде­ляется сопротивлением n^--канала. При отрицательном напряжении на затворе концентрация носителей заряда и канале уменьшится и в нем появляется обедненный слой. Сопротивление между истоком и стоком увеличивается и ток уменьшается. При по­ложительном напряжении на затворе ток стока увеличивается, потому что в канале индуцируется дополнительный отрицательный заряд, увеличивающий его проводимость.

На рисунке приведены характеристики прямой передачи МДП-транзисторов с индуцированным (кривая 2) и встроенным (кривая 1) каналами. Из рисунка видна квадратичность передаточной характеристики. Инверсия типа про­водимости начинается лишь при достижении напряжения U_ПОР.

Характеристики прямой передачи МДП ПТ.

Выходные характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа приведены на рисунке 4.5,а со встроенным каналом - на рисунке 4.5,б.

а) б)

Выходные характеристики ПТ с индуцированным (а) и встроенным (б) каналами.

Входное сопротивление МДП-транзистора из-за нали­чия изолятора между затвором и каналом составляет около 10¹² - 10¹⁴ Ом и уменьшается с ростом частоты вследствие шунтирования входной емкостью транзистора. Выходное сопротивление находится в пределах десятков - сотен ком. Входная и выходная емкости составляют единицы пикофарад, а проходная емкость -десятые доли пикофарад.