2. Полевые транзисторы

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 э.д.с. ( ). А для управления этим потоком электронов, создают разность потенциалов между истоком и затвором с помощью э.д.с. затвора ( ). Эта э.д.с. создает электрическое поле в канале, вектор поля направлен так , что чем больше величина э.д.с., 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 э.д.с.

затвор исток сток
Рис.1.67 n-канальный транзистор	Рис.1.68 Рабочее состояние транзистора

О бозначение транзистора с n-каналом в схемах показано на рис1.69.

Рис.1.69 Схемное изображение транзистора n-типа	Рис.1.70 Проходная характеристика транзистора n-типа	Рис.1.71 Стоковая характеристика транзистора n-типа

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
54	Назовите тип транзистора
55	Чему равно напряжение отсечки
56	Чему равен ток отсечки
57	Чему равно сопротивление транзистора в т.1
58	Чему равна проводимость транзистора в т.2
59	Чему равен ток затвора
60	Чему равен ток стока
61	Чему равно напряжение
62	Чему равно напряжение

На отмеченные вопросы, ответы приведены ниже.

№ вопроса	Ответ	№ вопроса	Ответ
55	-0,8 В	59	0
56	0,68 mA	60	0,207 mA
57	2500 Ом	61	-400 mB
58	9*10^-4 Сим	62	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 э.д.с, подключенной к затвору, будет равна нулю ( ), то стоковая э.д.с. 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 э.д.с. , то электрическое поле, созданное данной э.д.с, при данной полярности, начнет отталкивать дырки в подложке и как результат, в подложке образуется проводящий канал n-типа ( рис.1.75) :

Меняя величину э.д.с. , 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.1.5 показаны виды полевых транзисторов, их обозначение на схемах, а также характерный вид проходных и стоковых характеристик.

Таблица 1.5.

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
62	Сколько типов полевых транзисторов Вы знаете
63	Нарисуйте проходные характеристики МОП-транзисторов
64	Нарисуйте схему усилителя постоянного тока в режиме покоя с МОП-транзистором со встроенным n-каналом
65	Нарисуйте схему усилителя постоянного тока в режиме покоя с МОП-транзистором с индуцированным n- каналом
66	Нарисуйте схему усилителя постоянного тока в режиме покоя с МОП-транзистором со встроенным р-каналом
67	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
64		66

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:

1. О сновные элементы электрических и электронных цепей.

2. Выпрямители

3. С табилизаторы

4. Усилители

5. Мультивибраторы

6. Триггеры

7. Источники питания

8. Цифровые логические цепи.