1. Назовите причины возникновения шумов в пт с управляющим переходом, сравните бт и пт по шумовым свойствам.

Шумы в транзисторах включают в себя, как и в других твердотельных приборах, три составляющие: тепловой, дробовой и 1/f-шум (его иногда называют избыточным).

Тепловой шум вызывается колебаниями носителей в проводящей среде в условиях теплового равновесия. Этот шум по своей природе аналогичен хорошо известному шуму сопротивления.

Дробовой шум является следствием дискретности носителей заряда и хаотичности их образования. Другими словами, причиной возникновения этой компоненты шума являются индивидуальные события, связанные с генерацией и рекомбинацией носителей.

Считают, что чаще всего причиной 1/f-шума являются изменения электрических свойств материала, возникающие из-за определённых физико-механических явлений. Особенно часто шум такого характера дают поверхности, поскольку они являются областями материала, чрезвычайно подверженными влиянию электрических полей, вызывающих токи утечки.

 

 

ПТ могут обеспечивать очень низкие значения К_ш (коэффициент шума) при источниках сигнала. При использовании БТ малые значения К_ш здесь достигаются при соответствующем выборе режима работы. То есть шумы полевых транзисторов с управляющим переходом значительно меньше шумов биполярных транзисторов (особенно на низких частотах).

 

1. Почему реальный каскад ои инвертирует фазу, а ос не инвертирует? Как следует подключать нагрузку к каскаду с ои, чтобы фаза входного сигнала не изменилась?

В схеме с ОИ при положительной полуволне напряжение на входе равно напряжению генератора. Отрицательное смещение на затворе уменьшается, что приводит к росту тока стока и напряжению на нагрузке. То есть фаза напряжения на выходе и на входе в противофазе - сигнал инвертируется.

В схеме с ОС при положительной полуволне также растет ток сток и напряжение на нагрузки, но уже фазы напряжений на выходе и входе совпадают, поэтому сигнал не инвертируется.

 

1. Поясните работу усилительных каскадов на полевом транзисторе на ВЧ и НЧ. Какие элементы влияют на спад АЧХ в области НЧ? ВЧ? Как внешние (в каскаде) и внутренние (в эквивалентной схеме БТ) емкости установлены по отношению к нагрузке и входу?

При работе на низких частотах влияние внешних емкостей очень велико и их необходимо учитывать. На высоких частотах их влияние падает из-за уменьшения емкостного сопротивления, что приводит к уменьшению общего входного и выходного сопротивлений. Также на высоких частотах необходимо учитывать емкости переходов, так как появляется барьерная емкость ( с управляющим p-n), емкость затвор-канал ( у МДП). Происходит перезаряд емкостей.

На АЧХ на низких частотах влияют внешние емкости (С3, С2 - в схеме с ОС у нас), на высоких частотах внутренние емкости переходов (CGD, CGS).

  Внешние емкости последовательно установлены.

 

 Внутренние емкости параллельно

 

 

Лаба 4.

1. Опишите конструкцию МДП–транзистора со встроенным и индуцированным каналом, его принцип действия.

 

Схема МДП-транзистора

ССХЕМы ПОЧТИ ОДИНАКОВые!!!!!! Посмотрите разницу в билете номер 31!!!!! В шпоре (по картинкам)

Устройство и принцип действия

Полевой транзистор с изолированным затвором (МДП - транзистор) – это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика.

МДП - транзисторы (структура: металл-диэлектрик-полупроводник) выполняют из кремния. В качестве диэлектрика используют окисел кремния SiO2. отсюда другое название этих транзисторов – МОП - транзисторы (структура: металл-окисел-полупроводник). Наличие диэлектрика обеспечивает высокое входное сопротивление рассматриваемых транзисторов (1012 … 1014Ом).

Принцип действия МДП - транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием поперечного электрического поля. Приповерхностный слой полупроводника является токопроводящим каналом этих транзисторов. МДП - транзисторы выполняют двух типов – со встроенным и с индуцированным каналом.

Рассмотрим особенности МДП - транзисторов со встроенным каналом.. В исходной пластинке кремния р- типа с относительно высоким удельным сопротивлением, которую называют подложкой, с помощью диффузионной технологии созданы две сильнолегированные области с противоположным типом электропроводности – n. На эти области нанесены металлические электроды – исток и сток. Между истоком и стоком имеется тонкий приповерхностный канал с электропроводностью n- типа. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка 0,1 мкм) диэлектрика. На слой диэлектрика нанесен металлический электрод – затвор. Наличие слоя диэлектрика позволяет в таком полевом транзисторе подавать на затвор управляющее напряжение обеих полярностей. При подаче на затвор положительного напряжения, электрическим полем, которое при этом создается, дырки из канала будут выталкиваться в подложку, а электроны вытягиваться из подложки в канал. Канал обогащается основными носителями заряда – электронами, его проводимость увеличивается и ток стока возрастает. Этот режим называют режимом обогащения.

При подаче на затвор напряжения, отрицательного относительно истока, в канале создается электрическое поле, под влиянием которого электроны выталкиваются из канала в подложку, а дырки втягиваются из подложки в канал. Канал обедняется основными носителями заряда, его проводимость уменьшается и ток стока уменьшается. Такой режим транзистора называют режимом обеднения.

МДП - транзистора с индуцированным каналом n-типа

Канал проводимости тока здесь специально не создается, а образуется (индуцируется) благодаря притоку электронов из полупроводниковой пластины (подложки) в случае приложения к затвору напряжения положительной полярности относительно истока. При отсутствии этого напряжения канала нет, между истоком и стоком n-типа расположен только кристалл р- типа и на одном из р-n- переходов получается обратное напряжение. В этом состоянии сопротивление между истоком и стоком очень велико, т.е. транзистор заперт. Но если подать на затвор положительное напряжение, то под влиянием поля затвора электроны будут перемещаться из областей истока и стока и из р- области (подложки) по направлению к затвору. Когда напряжение затвора превысит некоторое отпирающее, или пороговое, значение Uзи пор, то в приповерхностном слое концентрация электронов превысит концентрацию дырок, и в этом слое произойдет инверсия типа электропроводности, т.е. индуцируется токопроводящий канал n-типа, соединяющий области истока и стока, и транзистор начинает проводить ток. Чем больше положительное напряжение затвора, тем больше проводимость канала и ток стока. Таким образом, транзистор с индуцированным каналом может работать только в режиме обогащения.

Рисунок 5.6 – Условное обозначение МДП - транзисторов:

а − со встроенным каналом n- типа;

б − со встроенным каналом р- типа;

в − с выводом от подложки;

г − с индуцированным каналом n- типа;

д − с индуцированным каналом р- типа;

е − с выводом от подложки

2. Назовите особенности конструкции МДП–транзистора (требования к диэлектрику, отличие МДП–транзисторов с p-каналом и с n–каналом, со встроенным и индуцированным каналом).

Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка 0,1 мкм) диэлектрика

3. Как изменяется сечение канала по его длине в разных режимах работы?

в омическом режиме - сечение прямоугольное

в активном – треугольное

4. Каковы частотные свойства МДП–транзистора? Назовите частотно–зависимые элементы эквивалентной схемы.

Частотные свойства.

    Частотные свойства полевых транзисторов определяются постоянной времени  RC -  цепи  затвора. Поскольку входная емкость  С11и у транзисторов с  р-п  переходом велика (десятки пикофарад), их применение в усилительных каскадах с большим входным сопротивлением возможно в диапазоне частот, ре превышающих сотен килогерц - единиц мегагерц.

    При работе в переключающих схемах скорость переключения полностью определяется   постоянной времени RC - цепи затвора. У полевых транзисторов с изолированным затвором входная емкость значительно меньше, поэтому их частотные свойства намного лучше, чем у полевых транзисторов с р-п - переходом.

     Граничная частота определяется по формуле fгр.=159/С11и , где fгр = частота, МГц;  S - крутизна характеристики транзистора, мА/В; С11и - емкость между затвором и истоком при коротком замыкании по переменному току выходной цепи,  пФ.

Частотно зависимы:

емкости

ЗИ

ЗС

СИ

5. Приведите эквивалентную схему МДП–транзистора и сопоставьте ее конструкции транзистора.

Исходя из общефизических соображений, МДП-транзистор можно изобразить в виде эквивалентной схемы, представленной на рисунке 6.8. Здесь R_вх обусловлено сопротивлением подзатворного диэлектрика, входная емкость С_вх - емкостью подзатворного диэлектрика и емкостью перекрытия затвор-исток. Паразитная емкость С_пар обусловлена емкостью перекрытий затвор-сток. Выходное сопротивление R_вых равно сопротивлению канала транзистора и сопротивлению легированных областей истока и стока. Выходная емкость С_вых определяется емкостью р-n перехода стока. Генератор тока i₁ передает эффект усиления в МДП-транзисторе.

6. В чем состоят особенности расчета статического и динамического сопротивления МДП–транзистора?

одно в точке, а динамическое приращением

7. Приведите ВАХ МДП–транзистора: укажите отличия ВАХ МДП–транзисторов с p-каналом и с n–каналом, ВАХ МДП–транзистора от ВАХ ПТ с управляющим n–p–переходом.

  Вольт – амперные характеристики полевых транзисторов.

                                 а                                             б

Вольт – амперные характеристики полевого транзистора со встроеным

каналом n- типа:  а – стоковые;  б – стоко – затворные.

вобщем стокозатворные будут симметричны относительно 0

для остальных так же наверно

поскольку ток будет течь в другом направлении,значит в минус по току, и напряжение надо другой полярности,значит в другую сторону по напряжению

в итоге получится то же самое но симметрично относительно 0

там все процессы те же,только источники наоборот подключаются

это про n и p каналы

а МДП и ПТ различаются только положением характеристики для Uзи=0, с индуцированным каналом нет такой,с встроенным в середине,а в МДП сверху

8. МДП-транзисторы со встроенным каналом

Рис. 3. Выходные статические характеристики (a) и статические характеристики передачи (b) МДП-транзистора со встроенным каналом.

 

В связи с наличием встроенного канала в таком МДП-транзисторе при нулевом напряжении на затворе  поперечное сечение и проводимость канала будут изменяться при изменении напряжения на затворе как отрицательной, так и положительной полярности. Таким образом, МДП-транзистор со встроенным каналом может работать в двух режимах: в режиме обогащения (enchancement) и в режиме обеднения (depletion) канала носителями заряда. Эта особенность МДП-транзисторов со встроенным каналом отражается и на смещении выходных статических характеристик при изменении напряжения на затворе и его полярности (рис. 3).

Статические характеристики передачи (рис. 3, b) выходят из точки на оси абсцисс, соответствующей напряжению отсечки U_ЗИотс, то есть напряжению между затвором и истоком МДП-транзистора со встроенным каналом, работающего в режиме обеднения, при котором ток стока достигает заданного низкого значения.

                                              С каналом n-типа, в режиме обеднения       С каналом n-типа, в режиме обогащения                                              С каналом p-типа, в режиме обеднения       С каналом p-типа, в режиме обогащения

10. - внутреннее сопротивление сток – исток (по рисунку 8)

- коэффициент усиления  (по рисунку 3)????

(1/Ом)– кривизна (по рисунку 3)

=0.1 (1/Ом) - кривизна

Рис3

Рис8

11. Некоторые параметры МДП–полевого транзистора в MicroCAP

Имя па- раметра	Параметр	Значение по умолчанию	Ед. изм.
L	Длина канала		м
W	Ширина канала		м
LD	Длина области диффузии	0	м
WD	Ширина области диффузии	0	м
VT0	Пороговое напряжение при нулевом смещении	1	В
KP	Удельная крутизна	210^-5	А/В
RD	Объемное сопротивление стока	0	м
RG	Объемное сопротивление истока	0	м
RB	Объемное сопротивление затвора	0	м
IS	Тепловой ток сток – подложка (исток – подложка)	10^-14	А
PB	Напряжение инверсии подложки	0.8	В

12. Структуры типа металл-оксид-полупроводник (МОП) с плавающим затвором и лавинной инжекцией имеют затвор, выполненный из поликристаллического кремния, изолированный от других частей структуры. Лавинный пробой p-n-перехода подложки и стока или истока, на которые подаётся высокое напряжение, позволяет электронам проникнуть через слой окисла на затвор, вследствие чего на нём появляется отрицательный заряд. Изолирующие свойства диэлектрика позволяют сохранять этот заряд десятки лет. Удаление электрического заряда с затвора осуществляется с помощью ионизирующего ультрафиолетового облучения кварцевыми лампами, при этом фототок позволяет электронам рекомбинировать с дырками.

- внутреннее сопротивление сток – исток (по рисунку 8)

- коэффициент усиления  (по рисунку 2)

(1/Ом)–кривизна (по рисунку 2)

= (1/Ом) - кривизна

И 10й.

…..

. (по рисунку 8)

– выходное сопротивление транзистора.