1.7.1 Полевой транзистор с р-n переходом
Полевой транзистор имеет два существенных отличия от биполярного, которые и определяют его основные свойства. Во-первых, в полевом транзисторе один основной носитель заряда, это либо дырка, либо электрон. Во-вторых, и это главное отличие, р-n переход расположен вдоль движения основного носителя заряда. На рис.1.67 показана схематически конструкция полевого транзистора, где носителем заряда является электрон. Область полупроводника, где движутся электроны, называют каналом. В данном случае это будет полевой транзистор с каналом n-типа. Транзистор имеет три вывода, с помощью которых он подключается к внешней цепи. Основной ток протекает по n-каналу от истока к стоку. Затвор служит для управления величиной тока. При отсутствии приложенных напряжений избыточные электроны достаточно равномерно распределены в канале. Чтобы обеспечить движение электронов в канале, создают разность потенциалов между истоком и стоком, с помощью стоковой эдс ( ). А для управления этим потоком электронов, создают разность потенциалов между истоком и затвором с помощью э.д.с. затвора ( ). Эта эдс создает электрическое поле в канале, вектор поля направлен так , что чем больше величина эдс, тем сильнее «отжимаются» электроны от затвора (рис.1.68) Другими словами, чем больше отрицательное напряжение , тем меньше эффективное сечение канала, тем больше сопротивление протеканию тока между истоком и стоком. Обратите внимание на полярность эдс.
| ||||
| Рис.1.67 n-канальный транзистор | Рис.1.68 Рабочее состояние транзистора |
| Рис.1.69 Схемное изображение транзистора n-типа | Рис.1.70 Проходная характеристика транзистора n-типа | Рис.1.71 Стоковая характеристика транзистора n-типа |
Обозначение транзистора с n-каналом в схемах показано на рис1.69.
В отличии от биполярного транзистора у полевого транзистора нет понятия входной характеристики. Это связано с тем, что ток затвора практически равен нулю. Вместо входной характеристики вводят проходную характеристику-зависимость тока стока ( ) от входного напряжения затвор-исток ( ) (рис.1.70). При напряжении , получившем название напряжения отсечки (т.А), ток стока практически равен нулю (канал пережат, режим отсечки). При напряжении , ток стока определяется только внешними условиями (канал полностью открыт). Следует заметить, что проходная характеристика показывает максимально возможное значение тока стока при заданном значении напряжения затвор-исток. Фактическое значение тока стока определяется по выходной характеристике транзистора (рис.1.71). Выходная характеристика многозначна (при одном и том же значении напряжения сток-исток), ток стока зависит от параметра . Особенность выходной характеристики состоит в том, что левее пунктирной линии ток стока линейно зависит от напряжения сток-исток. Так ,например если напряжение , то на участке от 0 до т.1, транзистор представляет собой линейный резистор величиной , а на участке от 0 до т.2 линейный резистор величиной . Если транзистор работает в этой области, то говорят что наблюдается линейный режим. При дальнейшем увеличении напряжения сток-исток ( ) наступает режим насыщения, при котором ток стока практически не зависит от и меняется только при изменении напряжения затвор-исток ( ).
Как и биполярный транзистор, полевой транзистор можно включить тремя разными способами (таб.1.5):
Таб.1.5
| Схема с общим затвором | Схема с общим истоком | Схема с общим стоком |
Читатель! Прежде чем двигаться дальше, проверьте себя. На рис.1.72 показана схема усилителя на полевом транзисторе в режиме покоя. На рис.1.73,1.74 характеристики полевого транзистора. Готовы ли Вы ответить на следующие вопросы:
| Параметры схемы | |
| EС=3 В | |
| R1=20 кОм | |
| RС=4,33 кОм | |
| RИ=0,67 кОм | |
| V1=2,1 В | |
| Рис.1.72 Усилитель на полевом транзисторе в режиме покоя |
| Рис.1.72 Проходная характеристика транзистора 2N3686 | Рис.1.73 Стоковая характеристика транзистора 2N3686 |
| № | Вопрос |
| Назовите тип транзистора | |
| Чему равно напряжение отсечки | |
| Чему равен ток отсечки | |
| Чему равно сопротивление транзистора в т.1 | |
| Чему равна проводимость транзистора в т.2 | |
| Чему равен ток затвора | |
| Чему равен ток стока | |
| Чему равно напряжение | |
| Чему равно напряжение |
На отмеченные вопросы, ответы приведены ниже.
| № вопроса | Ответ | № вопроса | Ответ |
| -0,8 В | |||
| 0,68 mA | 0,207 mA | ||
| 2500 Ом | -400 mB | ||
| 9*10-4 Сим | 1,96 В |
1.7.2 МОП- транзисторы. Конструкция и характеристики
Рассмотренный выше полевой транзистор с р-n переходом, в настоящее время во многих случаях вытеснен полевым транзистором, получившим название МОП-транзистора. Название вытекает из конструкции транзистора, показанной на рис.1.74.
| Рис.1.74 Конструкция МОП-транзистора |
Буква М в названии говорит о том, что затвор (вывод 1) это металлическая пластинка. О - окисел (изолирующий слой, отделяющий металлический электрод от подложки). П -полупроводник (подложка, которая представляет собой кремниевый брусок р-типа). В подложке сформированы две области n-типа, одна из которых (вывод 3) - сток, другая (вывод 2) - исток. Схема включения данного транзистора в электрическую цепь показана на рис.1.75:
| Рис.1.75 Моп-транзистор с индуцированным каналом |
Если величина эдс, подключенной к затвору, будет равна нулю ( ), то стоковая эдс на стыке сток-подложка создает электрическое поле, которое совпадает с собственным полем р-n перехода и тем самым увеличивает потенциальный барьер. Как следствие, ток стока равен практически нулю. Если эдс , то электрическое поле, созданное данной эдс, при данной полярности, начнет отталкивать дырки в подложке и как результат, в подложке образуется проводящий канал n-типа ( рис.1.75) :
Меняя величину эдс , можно менять сечение проводящего индуцированного канала и тем самым управлять током стока.
Другой тип МОП-транзисторов – это транзистор с встроенным каналом. Изменение конструкции приводит к изменению вида проходной характеристики. В таб.1.3 показаны виды полевых транзисторов, их обозначение на схемах, а также характерный вид проходных и стоковых характеристик.
Таблица 1.3.
| Тип транзистора | Обозначение | Проходная характеристика |
| Транзистор с р-n переходом с каналом n-типа | ||
| Транзистор с р-n переходом с каналом р-типа | ||
| МОП-транзистор с встроенным n-каналом | ||
| МОП-транзистор с встроенным р-каналом | ||
| МОП-транзистор с индуцированным n-каналом | ||
| МОП-транзистор с индуцированным р-каналом |
В отличие от транзисторов с р-n переходом, МОП-транзисторы, могут работать с разными по знаку напряжениями затвор-исток.
Стоковые характеристики всех полевых транзисторов имеют одинаковый характер, отличие только в знаках напряжений сток-исток и затвор- исток, в зависимости от типа канала (рис.1.76).
| С n-каналом | С р-каналом |
| Рис.1.76. Стоковые характеристики полевых транзисторов |
Следует запомнить, что входное сопротивление у полевых транзисторов значительно больше по сравнению с биполярными транзисторами.
Читатель! Прежде чем двигаться дальше, проверьте себя. Готовы ли Вы ответить на следующие вопросы:
| № | Вопрос |
| Сколько типов полевых транзисторов Вы знаете? | |
| Нарисуйте проходные характеристики МОП-транзисторов | |
| Нарисуйте схему усилителя постоянного тока в режиме покоя с МОП-транзистором со встроенным n-каналом | |
| Нарисуйте схему усилителя постоянного тока в режиме покоя с МОП-транзистором с индуцированным n- каналом | |
| Нарисуйте схему усилителя постоянного тока в режиме покоя с МОП-транзистором со встроенным р-каналом | |
| Нарисуйте схему усилителя постоянного тока в режиме покоя с МОП-транзистором с индуцированным р- каналом |
На отмеченные вопросы, ответы приведены ниже.
| № вопроса | Ответ | № вопроса | Ответ |
Уважаемый читатель! На этом мы заканчиваем рассмотрение резистивных элементов, используемых в электротехнике и электронике. Запомните:
1. Поведение этих элементов в схеме, в целом определяется вольтамперной характеристикой. А поэтому следует твердо помнить характеристики для всех видов резистивных элементов.
2. Значения токов и напряжений на этих элементах устанавливаются практически мгновенно. Подключил элемент к источнику и тот же момент скачком меняются ток и напряжение на элементе.
3. Закон Ома это исключительно могучий инструмент анализа электрических схем. Но им надо пользоваться умело. Теоретически он справедлив только для линейного резистора. На практике , в статических режимах, можно его использовать, отдавая себе отчет в том, что связь между током и напряжением определяется видом вольтамперной характеристики.
4. Широко пользуйтесь законами Кирхгофа. Особое значение имеет 2-ой закон, так как он позволяет связать между собой разные элементы, входящие в один контур. Анализ уравнения для контура позволяет многое понять, что происходит в схеме.
5. Есть и другие резистивные элементы, которые не были рассмотрены в данной главе по разным причинам. Среди них важное значение имеет тиристор, широко используемый в силовой электронике.
6. Все, что мы рассмотрели в данной главе будет широко использоваться в дальнейшем.
Оглавление
| Введение | ||
| Глава 1. Основные резистивные элементы электротехники и электроники .Электрические цепи с резистивными элементами. | ||
| 1.1 Резистор с линейной вольтамперной характеристикой | ||
| 1.2 Использование понятия резистор для анализа простыхэлектрических цепей | ||
| 1.3 Анализ простых резистивных цепей с использованием законов Кирхгофа. | ||
| 1.4 Анализ простых резистивных цепей с использованием понятия входного сопротивления. | ||
| 1.5 Нелинейные резистивные элементы . | ||
| 1.6 Нелинейные трехполюсные резистивные элементы . | ||
| 1.6.1 Биполярный транзистор (основные понятия) | ||
| 1.7 Полевые транзисторы | ||
| 1.7.1 Полевой транзистор с р-n переходом | ||
| 1.7.2 МОП- транзисторы. Конструкция и характеристики |
| Список использованных источников 1.Зевеке Г.В. Основы теории цепей / Г.В. Зевеке ,П.А. Ионкин, А.В. Нетушил, С.В. Страхов. 5-е изд., перераб.-М.: Энергоатомиздат, 1989.-528с. 2.Джонс М.Х. Электроника-практический курс/ М.Х. Джонс.- М.:ПОСТМАРКЕТ, 1999.-528 с. 3.Довгун В.П. Электротехника и Электроника: учеб.пособие / В.П. Довгун.-Красноярск :ИПЦ КГТУ, 2006.-252 с. 4.Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение/ В.И. Карлащук.-3-е изд., дополненное и переработанное.-М.:СОЛОН-Пресс,2003.-736 с. 5.Криштафович А.К. Промышленная электроника: учебник для техникумов.2-изд., переработанное и дополненное.-М.: «ВЫСШАЯ ШКОЛА»,1984.-351 c. 6.Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Т.1-М.: Мир, 1986.-598с 7.Прянишников В.А. Электроника, полный курс лекции. - С-Пб.: Корона | |
принт, 2004.-416с.,ил.
.