Полевые транзисторы c изолированным затвором

Полевой транзистор с изолированным затвором – это транзистор, затвор которого электрически изолирован от проводящего канала полупроводника слоем диэлектрика. Благодаря этому, у транзистора очень высокое входное сопротивление (у некоторых моделей оно достигает 10¹⁷ Ом).

В соответствии со своей физической структурой, полевой транзистор с изолированным затвором носит название МОП-транзистор (Металл-Оксид-Полупроводник), или МДП-транзистор (Металл-Диэлектрик-Полупроводник). Международное название прибора – MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor).

МДП-транзисторы делятся на два типа – со встроенным каналом и с индуцированным каналом. В каждом из типов есть транзисторы с N–каналом и P-каналом. На рис. 14 показано устройство МДП-транзистора с индуцированным каналом.

Рис. 14 –МДП-транзистор с индуцированным каналом

При подключении напряжения между стоком и истоком ток через канал не проходит, поскольку между зонами N+ находиться область P, не пропускающая электроны. Если подать на затвор положительное напряжение относительно истока Uзи, возникнет электрическое поле, выталкивающее положительные ионы (дырки) из зоны P в сторону подложки. В результате под затвором концентрация дырок начнет уменьшаться, и их место займут электроны, притягиваемые положительным напряжением на затворе.

Когда Uзи достигнет своего порогового значения, концентрация электронов в области затвора превысит концентрацию дырок и между стоком и истоком сформируется канал с электропроводностью N-типа, по которому пойдет ток Iси. Чем выше напряжение на затворе транзистора Uзи, тем шире канал и, следовательно, больше сила тока. Такой режим работы полевого транзистора называется режимом обогащения.

Вах полевого ТРАНЗИСТОРА

Выходные характеристики полевого транзистора с изолированным затвором показаны на рис 15.

Рис. 15 –Выходные характеристики МДП-транзистора

 

 С увеличением напряжения Uси ток стока Iс растет прямо пропорционально росту напряжения Uси. Этот участок называют область насыщения (канал транзистора насыщается носителями заряда). По достижении некоторого напряжения на стоке электрическое поле стока начинает противодействовать полю затвора и ширина канала уменьшается. При этом с ростомUси ток стока практически не возрастает. Этот участок называют активная область.

При достижении Uси порогового значения (область пробоя P-N-перехода), структура полупроводника разрушается, и транзистор превращается в обычный проводник. Данный процесс необратим, и транзистор приходит в негодность.

Входная сток-затворная характеристика МДП-транзистора с индуцированным затвором приведена на рис. 16.

Если Uз<Uпорог транзистор закрыт и ток стока очень мал. По достижении Uпорог транзистор переходит в открытое состояние.

Рис. 16 –Сток-затворная характеристика МДП-транзистора

Усилительные свойства полевого транзистора можно характеризовать крутизной проходной характеристики, которая вычисляется по формуле  при .

При использовании полевого транзистора в усилителе необходимо выбрать начальную рабочую точку и определить начальное напряжение затвора.

На рис. 17 показана схема усилителя на МДП-транзисторе с общим истоком.

Рис. 17 – Усилитель на биполярном транзисторе

 

Выбор начальной рабочей точки показан на рис. 18. Нагрузочная прямая проводится через точки Eс/Rс на оси коллекторных токов и Ес на оси коллекторных напряжений. Начальная точка выбирается на середине прямой.

Точки пересечений нагрузочной прямой с выходными характеристиками показывают выходные напряжения  при различных напряжениях на затворе. Коэффициент усиления по напряжению .

Рис. 18 – Выбор начальной рабочей точки