Динамический режим работы транзисторов

В динамическом режиме резистор R_к включен последовательно с транзистором. Поскольку под действием входного сигнала сопротивление транзистора изменяется, ток i_к изменяется, а значит, изменяется и падение напряжения на резисторе R_к, которое можно определить из уравнения, динамической характеристики u _кэ= E_к – I_кR_к.

В динамическом режиме транзистор (типа p-n-p) может работать в трех режимах.

1. Режим отсечки (U_э<0; U_k<0)

В этом режиме на вход транзистора подается входной сигнал, обеспечивающий прочное запирание транзистора. Сопротивление транзистора велико, ток через транзистор близок к нулю.

2. Режим насыщения (U_э>0; U_k>0).

Во входную цепь подается сигнал, обеспечивающий полное открывание транзистора. Сопротивление транзистора мало, выходной ток определяется сопротивлением нагрузки и внешним напряжением.

3. Нормальный активный режим (U_э>0; U_k<0).

В этом режиме транзистор работает как линейный усилитель.

Режим работы, когда транзистор длительное время находится либо в режиме отсечки, либо в режиме насыщения называют ключевым

 

Типы и параметры транзисторов

По значению рабочих частот и генерируемой мощности транзисторы условно можно разделить на следующие группы:

1. Транзисторы малой мощности (Р<0,3 Вт),

низкой частоты (<3 МГц),

средней частоты (3...30 МГц),

высокой и сверхвысокой частоты (>30 МГц).

2. Средней мощности 0,3...1,5 Вт.

3. Большой мощности >1,5 Вт.

Частотный диапазон транзисторов средней и большой мощностей такой же, как и малой мощности.

В настоящее время выпускают силовые транзисторы с параметрами I_{к доп} = 10А, U_{кэ доп} = 1,5 кВ; I_{к доп} = 100А, U_{кэ доп} = 500 кВ.

 

 

Контрольные вопросы

1. В чем состоит основное назначение транзистора?

2. Какая из схем включения биполярного транзистора является самой распространенной усилительной схемой и почему?

3. Какая из схем включения биполярного транзистора не усиливает напряжение?

4. Как связаны между собой токи эмиттера, базы и коллектора?

5. Почему схема с общим коллектором называется эмиттерным повторителем?

 

ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР

Полевым называют транзистор, управляемый электрическим полем, или транзистор с управляемым каналом для тока.

Ток в полевом транзисторе создается носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), вследствие чего эти транзисторы часто называют униполярными.

Поскольку носители заряда в полевом транзисторе являются основными для активной области, его параметры не зависят от времени жизни неосновных носителей (как у биполярных транзисторов), что определяет высокие частотные свойства и меньшую зависимость от температуры.

Каналом считают центральную область транзистора (рис. 1.3.1,а). Электрод, из которого в канал поступают основные носители заряда, называют истоком И, а электрод, через который основные носители уходят из канала, – стоком С. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором З.

Изготавливают полевые транзисторы из кремния. В зависимости от электропроводности исходного материала различают транзисторы с p- и n- каналом.

В отличие от биполярных полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление и поэтому требуют очень малых мощностей для управления. Полевые транзисторы подразделяются на два основных типа: с затвором в виде p-n-перехода и с изолированным затвором.

 

 

1.3. 1 Полевой транзистор с затвором в виде p-n-перехода

 

Структурная схема, схема включения и схемное изображение показаны на рис. 3.1. Полевой транзистор с затвором в виде p-n-перехода представляет собой кремниевую пластину, например n-типа, на верхней и нижней гранях которой создаются области с проводимостью противоположного типа, например p-типа. Эти области электрически связаны, образуя единый электрод-затвор.

 

Область с n-проводимостью, расположенная между p-областями; образует токовый канал. На торцевые поверхности пластины наносят контакты, образующие два других электрода И иС, к которым подключается источник питания U_с и при необходимости сопротивление нагрузки. Между каналом и затвором создаются дваp-n-перехода. Ток протекает от истока к стоку по каналу, сечение которого зависит от затвора.

При увеличении отрицательного потенциала на затворе p-n-переходы запираются и расширяются практически за счет канала, сечение канала, а, следовательно, и его проводимость, уменьшаются, ток через канал падает (рис. 1.3.2,а). При некотором U_зи = U_отс, называемом напряжением отсечки, области p-n-переходов смыкаются по всей длине канала, сток и исток оказываются изолированными друг от друга, ток I_с равен нулю.

 

 

Если при U_зи = const увеличивать U_си, то ток через канал (I_с) возрастет (рис. 3.3.б). При этом увеличивается падение напряжения на канале, которое способствует увеличению обратного напряжения на p-n-переходах, вызывая тем самым сужение канала. При некотором U_си = U_нас, называемом напряжением насыщения, канал настолько сужается, что дальнейшее увеличение U_с не увеличивает I_с.

 

1.3.2 Полевые транзисторы с изолированным затвором или МДП -транзисторы

 

Эти транзисторы находят более широкое применение, так как имеют более простую конструкцию и обладают лучшими электрическими свойствами.

У МДП-транзисторов (металл– диэлектрик – полупроводник) между полупроводниковым каналом и металлическим затвором расположен изолирующий слой диэлектрика (рис. 1.3.3).

 

Принцип работы МДП -транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника под воздействием поперечного электрического поля. МДП-транзисторы управляются напряжением и имеют чрезвычайно большое входное сопротивление и в отличие от полевых транзисторов с затвором в виде p-n -перехода сохраняют его большим независимо от величины и полярности входного напряжения. Применяются две конструкции МДП -транзисторов: МДП -транзисторы со встроенным каналом и МДП -транзисторы с индуцированным каналом.

У МДП-транзисторов со встроенным каналом в полупроводниковой пластине (подложке), например «n» -типа, в процессе изготовления в приповерхностном слое создаются области, например «p»- типа, образующие электроды стока и истока (рис.1.3.3,а). Перемычка между С и И с проводимостью «p»- типа является каналом для протекания тока стока I_с даже при отсутствии управляющего напряжения U_з = 0 на затворе.

При подаче положительного напряжения на затвор электрическое поле выталкивает основные носители (дырки) из канала, его сопротивление растет, а I_с падает.

Такой режим носит название “режима обеднения”. При отрицательном напряжении на затворе электрическое поле притягивает дырки из подложки, они скапливаются в области канала, сопротивление канала уменьшается, I _с растет (“режим обогащения”). Передаточная функция МДП -транзистора показана на рис. 1.3.3, б. Его стоковые характеристики I_{­ c}= f (U _си) при U­_{з и} = const по виду аналогичны характеристикам транзистора с затвором в виде p - n -перехода (рис.1.3.3, б). Схемные изображения МДП -транзисторов со встроенным каналом n-типа и p-типа представлены на рис. 1.3.3, в.

У МДП-транзисторов с индуцированным каналом последний заранее не создается, и в транзисторах, использующих пластину с проводимостью, например, n-типа, при U _з > 0 и U _з = 0 ток I _с = 0 (рис. 1.3.4, а, б). Образование канала в таких приборах происходит при подаче на затвор только отрицательного напряжения (U _з < 0). Тогда в результате вытеснения из поверхностного слоя электронов и подтягивания дырок из n-пластины происходит образование между стоком и истоком инверсного слоя полупроводника с проводимостью, аналогичной проводимости С и И, в данном случае p-типа, и, чем более отрицательным будет напряжение на затворе, тем больший I _с будет в канале. Схемные изображения МДП -транзисторов с индуцированным каналом n- и p-типов представлены на рис.1. 3.4, в.

Основные параметры полевых транзисторов следующие: крутизна характеристики передачи

; (1.3.1)

 

дифференциальное сопротивление стока (канала) на участке насыщения

. (1.3.2)