WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Особливості польових транзисторів - Реферат

Особливості польових транзисторів - Реферат

Реферат на тему:

Особливості польових транзисторів

Серед чисельних різновидів польових транзисторів можна виділити два основні класи: польові транзистори із затвором у виді pn переходу та польові транзистори із затвором, який ізольований від робочого напівпровідникового об"єму діелектриком. Прилади цього класу часто також називають МДН транзисторами (від словосполучення метал - діелектрик - напівпровідник) та МОН транзисторами (від словосполучення метал - окис - напівпровідник), оскільки в якості діелектрика найчастіше використовується оксид кремнію.

Основною особливістю польових транзисторів, у порівнянні з біполярними, є їх високий вхідний опір, який може досягати 109 - 1010Ом. Таким xbyом, ці прилади можна розглядати як керовані потенціалом, що дозволяє на їх основі створювати схеми з надзвичайно низьким споживанням енергії в статичному режимі. Сказане особливо суттєво для електронних статичних мікросхем пам'яті з великою кількістю запам'ятовуючих комірок.

Так само, як і біполярні, польові транзистори можуть працювати в ключовому режимі, однак падіння напруги на них в увімкненому стані досить значне, тому ефективність їх роботи в потужнх схемах є меншою, ніж у біполярних приладів.

Польові транзистори можуть мати як p, так і n канали, управління якими проводиться при різній полярності напруги на затворах. Ця властивість компліментарності розширяє можливості при конструюванні схем та широко застосовується при сстворенні запам'ятовуючих комірок і цифрових схем на основі МДП транзисторів (CMOS схеми).

Польові транзистори відносяться до приладів уніполярного типу, це означає, що принцип їх роботи базується на дрейфі основних носіїв заряду. Ця обставина значно спрощує їх аналіз у порівнянні з біполярними приладами, оскільки, в першому наближенні, можна знехтувати дифузийними струмами, неосновними носіями заряду та їх рекомбінацією.

6.2. Польові транзистори з управляючим pn переходом.

6.2.1. Принцип роботи. Вольтамперні характеристики.

В польових транзисторах с управляючим переходом (ПТУП) для зміни провідності каналу використовується ефект зміни ширини області просторового заряду (ОПЗ) зворотньо сміщеного переходу при зміні прикладеноі до нього напруги на затворі. На рис.76 показано конструкцію n - канального транзистора, в якому для управління використовується p+n перехід, що зміщений у зворотньому напрямку.

Рис. 76. Польовий транзистор з управляючим pn переходом. У верхньому правому куті наведено графічне позначення (в n - канальному транзисторі стрілка напрямлена в іншу сторону.)

Транзистор вмикається таким чином, щоб pn перехід затвора знаходився під зворотнім зміщеннням, а полярність напруги витік - стік вибирається такою, щоб основні носії заряду під дією електричного поля в каналі сміщувались до стоку. Для n - канального транзистора, який показаний на рис.76, на стік відносно витоку повинен подаватись додатній потенціал, до якого під дією поля будуть дрейфувати електрони. На затвор відносно стоку необхідно подавати від'ємний потенціал, щоб затворний перехід знаходився під зворотнім зміщенням.

Оскільки ОПЗ володіє високим опором, то при збільшенні ширини ОПЗ переріз каналу зменшується і його опір зростає. Самий низький опір каналу і, відповідно, самий великий струм через нього буде при нульовій напрузі на затворі (Uз = 0), потім по мірі збілшення ширини ОПЗ при зростанні Uз і, відповідно, зменшенні перерізу канала, струм буде падати та при деякій напрузі відсічки Uзо канал повністю перекриється і струм через нього перестане протікати. Відповідні вольтамперні характеристики ПТУП наведені на рис.77.

Рис.77. Вольтамперні характеристики польового транзистора з управляючим pn переходом.

Виведемо рівняння, що описує ВАХ ПТУП, при цьому зробимо ряд припущнь, які дозволять значно спростити розрахунок. Перш за все будемо використовувати усі припущення, які раніше були зроблені при виведенні ВАХ. Крім того, будемо вважати, що струм в каналі визначається тільки основними носіями заряду, і будемо вважати, що при нульовому зміщенні ширина ОПЗ є близькою до нуля. Тоді для геометрії, яка показана на рис.77, можна записати:

Rсо = ρL/S = ρL/(ba)

dRx = ρdx/(ba), (6_1)

де Rсо - опір каналу при нульовій напрузі на затворі.

Для ширини каналу та ширини ОПЗ є справедливим:

(6_2)

де U - різниця потенціалів між p+ областю затвора та n областю канала в точці x.

Оскільки N+ область затвора легована значно сильніше, ніж область канала Na>>Nd, то (6_1) можна зпростити:

(6_2а)

При деякій напрузі U0 канал перекриється, тобто буде виконуватись умова: w(Uо) = a - 2d(Uо) = 0. Звідки:

(6_3)

Для приросту напруги вддовж каналу, використовуючи (6_1), запишемо:

(6_4)

Розділимо змінні в (6_4) та виконаємо інтегрування довжиною каналу, враховуючи що U(0) = Uз та U(L)= Uc+Uз:

(6_5)(6_6)

Рівняння (6_6) описує сім'ю характеристик з максимумами та описує круту частину вольтамперної характеристики ПТУП. Максимум відповідає точці перекриття каналу. В реальних характеристиках після досягнення напругою стоку значення Uo спаду струму не відбувається, і характеристики йдуть паралельно до осі напруг, див. рис.78, тобто відбувається перехід від крутої області ВАХ до пологої, в якій струм дуже слабо залежить від Uс.

Насичення струму Jс після перекриття каналу пояснюється перерозподілом падіння напруги між низькоомною та високоомною (перекритою) областями канала. Після перекриття каналу практично уся напруга падає в області перекриття. Подальше збільшення напруги стоку викликає розширення області перекриття і, відповідно, збільшенню падіння напруги на ній та не супроводжується збільшенням струму. В той же час струм не зменшується, оскільки усі електрони, які досягли ОПЗ поблизу стоку, переносяться електричним полем в область стоку.

Полога область ВАХ починається пвсля екстремальної точки характеристик. Знайдемо цю точку з умови dJc/dUc = 0. Продиференціюємо та прирівняємо до нуля (6_6):

Звідки: Uс = Uо - Uз.

Підставивши в (6_6) отримане значення Uc для екстремальної точки, отримаємо для пологої ділянки ВАХ:

(6_7)

Цей вираз достатньо громіздкий і тому замість нього, без значної втрати точності, використовують больш простий вираз:

(6_8)

На рис.78 показані залежності струму стоку від напруги на затворі (при Uк = 0.7В, Uo = 5В и Rс = 1кОм), які розраховані за (6_7) - нижня та (6_8)- верхня крива.

Рис.78. Залежності струму стоку від напруги на затворі, розраховані за (6_8) - верхня крива та (6_7) - нижняя крива

Якщо Uз>>Uк та Uo>> Uк (що є справедливим у більшості режимів), то:

(6_9)

Підсилювальні вдастивості польового транзистора прийнято характеризувати крутизною S:

(6_10)

Як видно з (6_10), при зростанні напруги на затворі крутизна для польового транзистора з управляючим pn переходом падає. Характер відповідної залежності крутизни від напруги на затворі відтворений на рис.79.

Рис.79. Залежність крутизни польового транзистора з управляючим pn переходом від напруги на затворі (Uo - напруга відсічки).

6.2.2. Еквівалентна схема.

На рис.80 наведено еквывалентну схему польового транзистора. Основним елементом цієї схеми, який характеризує підсилювальні властивості приладу, є залежний генератор струму SUз. Частотні та імпульсні характеристики транзистора визначаються ємностями електродів: затвор - витік Cзв, затвор - стік Cзс, стік - витік Cзв. Ємності Cзв та Cзс залежать від площі затвору і степені легування каналу, ємність Cзс - найменша серед усіх розглянутих.

Рис.80. Еквівалентна схема польового транзистора з управляючим pn переходом.

Опори втрат Rзс, Rзв, Rзс досить великі і враховуються, як правило, при розрахунках електрометричних підсилювальних каскадів постійного струму. При розрахунку імпульсних каскадів та підсиллювальних каскадів змінного струму їх, як правило, не враховують, оскільки провідність ємностей переважно завжди більша за шунтуючі їх провідності втрат електродів.

Вплив температури на параметри транзистора з управляючим pn переходом.

Зміна вольтамперних характеристик ПТУП з температурою визначається температурною залежністю початкової провідності каналу Rсо та, відповідно, максимального струму Jсв, а також напруги відсічки Uo. Ці значення впливають як на вид ВАХ, так і на величину крутизни (див. 6_9, 6_10).

Зміна з температурою Rco визначається температурною залежністю електропровідності матеріалу канала, тобто температурними залежностями концентрації основних носіїв заряду та рухливості, які були розглянуті в 1.4.4. На зміну напруги відсічки впливає, в основному, зміна з температурою контактної різниці потенціалів. Використовуючи (6_3), можна записати:

(6_11)

Звідки:

∂Uo/∂T = - ∂Uк/∂T (6_12)

Температурна залежність контактної різниці потенціалів була розглянута в 3.1.1, де було показано, що зі збільшенням температури контактна різниця потенціалів приблизно лінійно зменшується. Отже, у відповідності до (6_12) зі зростанням температури напруга відсічки буде зростати.

Використана література:

  1. Основы промышленной электроники/ Под ред. В.Г. Герасимова. -М.: Высшая школа, 1978.

  2. Изъюрова Г.И., Кауфман М.С. Приборы и устройства промышленной электроники. -М.: Высшая школа, 1975.

  3. Миклашевский С.П. Промышленная электроника. -М.: Высшая школа, 1973.

  4. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. - М.: Высшая школа, 1988.

  5. Основы промышленной электроники/Под ред. В.Г. Герасимова. - М.: высшая школа, 1982.

  6. Гершунский В.С. Основы электроники. - К.: Вища школа, головн. из-во, 1982.

  7. Жеребцов И.П. Основы электроники. - Л.:Энергоатомиздат, 1985.

Нагорский В.Д. Электроника и электрооборудование. - М.: Высшая школа, 1986.

Loading...

 
 

Цікаве