Тема 9 Полевые транзисторы Цель рассмотреть принцип действия

Тема 9. Полевые транзисторы Цель: рассмотреть принцип действия полевого транзистора, его виды, характеристики, схемы.

Введение • • В отличие от биполярных транзисторов, ПТ имеют токопроводящий канал, управление которым осуществляется электрическим полем. При этом полностью открытый канал имеет сопротивление 20– 100 Ом, а полностью закрытый – более 10– 20 МОм. Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, через который протекает поток основных носителе зарядов, регулируемый поперечным электрическим полем, которое создаётся напряжением, приложенным между затвором и стоком или между затвором и истоком. • исток (source) — электрод, из которого в канал входят основные носители заряда; • сток ( drain) — электрод, через который из канала уходят основные носители заряда; • затвор ( gate) — электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала.

Виды полевых транзисторов

Достоинства и недостатки • Достоинства ПТ: - высокое входное сопротивление; - отличные ключевые свойства; - низкий уровень собственных шумов. - Низкий уровень потребления энергии как в статике так и в динамике • Недостатки ПТ: - чувствительность к статическому электричеству; - разброс параметров в десятки раз больше, чем у биполярных транзисторов.

Транзисторы с управляющим p-n переходом стекло Основные носители электроны

Транзисторы с управляющим p-n переходом N типа Обозначение P типа характеристика - ток стока от напряжения затвор- исток

Стоковая характеристика полевого транзистора p типа Стоковая характеристика полевого транзистора с управляемым p-n переходом Ток насыщения Транзистору с управляющим p-n-переходом присущ недостаток: существует обратная проводимость p-n-перехода, создающая ток через затвор при достижении напряжения отсечки. ЗАПРЕЩАЕТСЯ СМЕЩЕНИЕ ЗАТВОРА В ПРЯМОМ НАПРАВЛЕНИИ ОТНОСИТЕЛЬНО КАНАЛА

МОП транзисторы с изолированным затвором или МДП транзисторы • Это полевой транзистор, затвор которого отделён в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика. (МДП метал – диэлектрик - полупроводник) МОП транзистор с изолированным затвором с индуцированным каналом МДП - транзистор со встроенным каналом отличается от МДП - транзистора с индуцированным каналом лишь тем, что зоны истока и стока соединены токопроводящим каналом, содержащим некоторое количество основных носителей, соответствующих этим зонам. Применяют термин обогащение носителями МОП транзистор с изолированным затвором со встроенным каналом

МДП транзистор с индуцированным каналом

МДП транзистор с индуцированным каналом

МДП транзистор со встроенным каналом • В связи с наличием встроенного канала в 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 и в режиме обеднения канала носителями заряда.

Характеристики МДП транзистора со встроенным каналом Выходная характеристика Стоковая характеристика Режим обогащения Режим обеднения МДП транзистор со встроенным каналом может работать при двухполярном Напряжении управления затвор исток.

Достоинства и недостатки МДП транзисторов • Основным достоинством МОП - транзисторов является их высокое входное сопротивление (ток через изолированный затвор практически не течет). • Общим недостатком МОП - транзисторов является их чувствительность к статическому электричеству (выходят из строя при напряжении UЗИ > 20 В). • Недостаток МОП - транзисторов с индуцированным каналом заключается в необходимости работы с напряжением одной определенной полярности.

Карта входных и выходных напряжений Карта демонстрирует какое напряжение надо подать на вход и что получите на выходе у определенного класса полевых и биполярных транзисторов.

Карта входных и выходных напряжений • ВЫВОД 1. При заземленном истоке ПТ включается путем смещения напряжения затвора в сторону напряжения питания стока.

Карта входных и выходных напряжений • ВЫВОД 2. В связи с примерной симметрией истока и стока любой из этих выводов может работать как исток (исключение составляют мощные МОП - транзисторы, у которых подложка внутри корпуса соединена с истоком).

Стоковые характеристики транзисторов различных типов и полярностей Обогащенный p канальный Обогащенный n канальный N канальный ПТ P канальный ПТ Пороговое напряжение Напряжение отсечки

Выходные характеристики ПТ Для n – канального МОП транзистора При заданном значении Uзи ток стока не меняется. Транзистор работает как источник тока

Типовые схемы включения ПТ Схема включения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом с общим истоком. Чаще всего применяется Схема включения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом с общим стоком Схема включения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом с общим затвором

Применение ПТ • • • Аналоговые ключи. Цифровая логика. Переменные резисторы. Заменители биполярных транзисторов. Источники тока.

Источники тока на ПТ p-n переходом Рабочее напряжение затвора З

Аналоговый ключ на ПТ 1. Входной сигнал может быть разной полярности. 2. Сигнал может распространяться в двух направлениях. N канальный МДП транзистор Схема будет работать, если входной сигнал будет меньше Uзи. Высокое входное сопротивление 10000 МОм, малые токи утечки при выключенном состоянии, при включенном состоянии сопротивление до 100 Ом

Комплементарные пары на ПТ • КМОП, КМДП, CMOS – это технологии построения электронных схем на ПТ разных типов проводимостей. 1

Аналоговый ключ на КМОП транзисторах • Схема позволяет изменить направление передачи сигнала

Недостатки ключей на ПТ • Низкое быстродействие при низком уровне питания. • Высокое сопротивление во включенном состоянии при низком уровне питания. • Динамические помехи.

Недостатки ключей на ПТ • Низкое быстродействие при низком уровне питания. Ключ на ПТ в открытом состоянии можно представить как фильтр нижних Частот, который при конкретных параметрах R и C, будут ограничивать частоту пропускаемого сигнала

Недостатки ключей на ПТ • Высокое сопротивление во включенном состоянии при низком уровне питания.