Cursov2 / ЗАЩИТА И ОТВЕТЫ / Ответы ПТУП

1. Преимущества полевых транзисторов перед биполярными.

1.Принцип действия: в биполярном транзисторе управление выходным током производится входным базовым или эмиттерным током, а в полевом транзисторе – входным напряжением на затворе.

2.Полевой транзистор имеет значительно большее входное сопротивление, чем биполярный. Это связано с обратным смещением p-n- перехода затвора на входе.

3.Полевой транзистор обладает низким уровнем шума (особенно на низких частотах), так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда и канал полевого транзистора отделён от поверхности полупроводникового кристалла. Процессы рекомбинации в переходах и базе биполярного транзистора, а также генерационно-рекомбинационные процессы на поверхности полупроводника сопровождаются возникновением низкочастотных шумов.

2. Назначение областей в конструкции ПТУП.

1. подложка р-типа.

2. эпитаксиальный слой n-типа, канал транзистора.

3. электрод полевого транзистора, через который в проводящий канал входят носители заряда, называют истоком (S-source).

4. Затвор (G-gate) выполнен диффузией акцепторов бора в эпитаксиальный слой n-канала.

5. электрод полевого транзистора, через который из канала выходят носители заряда называют стоком (D-drain).

6. проводящий канал n-типа. Об­ласти 4 и 6 образуют управляющий p-n-переход, который и управляет током стока.

3. Зависимость ширины ОПЗ под затвором от напряжения на затворе.

В ОПЗ на n–стороне p-n-перехода затвора напряженность электрического поля линейно нарастает от нуля на границе с нейтральным n– материалом до максимального значения на металлургической границе p+n-перехода. Среднее значение напряженности поля , а приложенное к переходу обратное напряжение , где - ширина ОПЗ. С ростом U увеличивается как так и ширина ОПЗ .

При подаче на затвор отрицательного напряжения, ОПЗ перехода увеличивается, канал сужается и ток стока падает.

4. Что называется крутизной полевого транзистора?

Крутизна - один из основных параметров полевого транзистора, характеризующий его усилительные свойства. Крутизна представляет собой отношение изменения тока стока к изменению напряжения на затворе при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора т.е. на стоке. Крутизна передаточной характеристики полевого транзистора обычно составляет несколько миллиампер на вольт.

5. Объяснить зависимость крутизны от напряжения на затворе.

С ростом отрицательного напряжения на затворе значение крутизны характеристики транзистора будет уменьшаться, т.к. при увеличении отрицательного напряжения на затворе будет увеличиваться ОПЗ перехода затвора и уменьшаться толщина проводящего канала. Вблизи напряжения отсечки толщина канала вместе с током стока уменьшается до нуля, сопротивление канала возрастает и крутизна падает до нуля.

6. Объяснить зависимость напряжения отсечки и крутизны от степени легирования и размеров областей.

Напряжение отсечки будет расти с ростом степени легирования канала транзистора, потому что чем больше число доноров в ОПЗ, тем труднее удалить из канала подвижные электроны. Аналогично с толщиной, необходимо большее напряжение, чтоб удалить все электроны в подложку из толстого канала.

Увеличение ширины канала и степени легирования приведёт к росту крутизны транзистора, потому что при прочих равных условиях, рост числа электронов и размеров области приведёт к уменьшению сопротивления и, следовательно, обеспечит больший ток стока при том же напряжении на затворе. Следовательно, крутизна увеличится.

Существенно, что толщина канала одинаково увеличивает крутизну и напряжение отсечки. Ширина канала увеличивает только крутизну, но не влияет на напряжение отсечки.

7. Почему транзистор переходит из крутой области в пологую?

Если подано напряжение сток-исток, то через канал идет ток и поверхность канала уже не будет эквипотенциальной. Потенциал будет меняться вдоль канала, возрастая вблизи стока до величины. В крутой области увеличение напряжения будет вести к росту тока . Когда разность потенциалов между затвором и стоком станет равной напряжению отсечки , толщина канала вблизи стока станет равной нулю и возрастание тока прекратится. Но в отличие от случая, когда между затвором и истоком приложено напряжение отсечки, это не приводит к отсечке тока. Вместо отсечки тока происходит отсечка его приращений, т.е. насыщение тока и переход в пологую область ВАХ.

Существенно, что при этом ОПЗ затвора перекрывает канал только на стоке.

8. От чего зависит положение границы крутой и пологой областей?

Граница крутой и пологой областей – это напряжение насыщения, т.е. напряжение сток-исток, при котором происходит перекрытие канала из-за увеличения толщины ОПЗ

р-n-перехода затвора.

Толщина ОПЗ перехода затвора зависит как от напряжения на затворе так и от напряжением на стоке.С ростом отрицательного напряжения на затворе уменьшается значение напряжения насыщения, т.к. с ростом напряжения затвора растёт ОПЗ перехода, канал становится тоньше и, соответственно, достаточно меньшего напряжения на стоке для перекрытия канала. Например, при и , а при .

3