Сега нека научим какво представляват транзисторите с полеви ефекти. Транзисторите с полеви ефекти са много често срещани както в старите схеми, така и в съвременните. Сега устройствата с изолиран капак се използват в по-голяма степен, за видовете полеви транзистории техните характеристики днес ще говорим. В статията ще направя сравнения с биполярни транзистори, на отделни места.

Определение

Полевият транзистор е полупроводников напълно управляем ключ, управляван от електрическо поле.Това е основната разлика по отношение на практиката от биполярните транзистори, които се управляват от ток. Електрическото поле се създава от напрежението, приложено към затвора спрямо източника. Полярността на управляващото напрежение зависи от вида на транзисторния канал. Тук има добра аналогия с електронните вакуумни тръби.

Друго име за полеви транзистори е еднополярно. „ООН“ означава едно. В полевите транзистори, в зависимост от вида на канала, токът се извършва само от един вид носители, дупки или електрони. В биполярните транзистори токът се формира от два вида носители на заряд - електрони и дупки, независимо от вида на устройствата. Транзисторите с полеви ефекти най-общо могат да бъдат разделени на:

транзистори с управляващ p-n-преход;

транзистори с изолиран затвор.

И двата могат да бъдат n-канален и p-канал, като към вратата на първия трябва да се приложи положително управляващо напрежение, за да отворите ключа, а за второто - отрицателно по отношение на източника.

Всички видове полеви транзистори имат три изхода (понякога 4, но рядко, срещах само на съветски и беше свързан към кутията).

1. Източник (източник на носители на заряд, аналог на емитер на биполярно).

2. Изтичане (приемник на носители на заряд от източника, аналог на колектора на биполярен транзистор).

3. Порта (контролен електрод, аналог на решетката на лампи и основи на биполярни транзистори).

Транзистор с управляващ pn преход

Транзисторът се състои от следните области:

4. Щора.

На изображението виждате схематична структура на такъв транзистор, проводниците са свързани към метализираните секции на портата, източника и дренажа. В специфична верига (това е p-канално устройство), портата е n-слой, има по-малко съпротивление от канала (p-слой), а p-n съединителната област е разположена повече в p-областта за това причина.

a - n-тип полеви транзистор, b - p-тип полеви транзистор

За да улесните запомнянето, запомнете обозначението на диода, където стрелката сочи от p-областта към n-областта. Тук също.

Първото състояние е да се приложи външно напрежение.

Ако се приложи напрежение към такъв транзистор, плюс към дрейна и минус към източника, през него ще тече голям ток, той ще бъде ограничен само от съпротивлението на канала, външните съпротивления и вътрешното съпротивление на източника на захранване. Може да се направи аналогия с нормално затворен ключ. Този ток се нарича Isnach или начален ток на източване при Uzi=0.

Полевият транзистор с контролен p-n преход, без управляващо напрежение, приложено към портата, е възможно най-отворен.

Напрежението към дренажа и източника се прилага по следния начин:

Основните носители на заряд се въвеждат през източника!

Това означава, че ако транзисторът е p-канал, тогава положителният извод на източника на захранване е свързан към източника, защото. основните носители са дупки (носители на положителен заряд) - това е така наречената дупкова проводимост. Ако n-каналният транзистор е свързан към източника, отрицателният извод на източника на захранване, т.к в него основните носители на заряд са електроните (носители на отрицателен заряд).

Източникът е източникът на основните носители на заряд.

Ето резултатите от симулация на такава ситуация. Отляво е p-канал, а отдясно е n-канален транзистор.

Второ състояние - приложете напрежение към портата

Когато се приложи положително напрежение към портата спрямо източника (Uzi) за p-канала и отрицателно за n-канала, то се измества в обратна посока, зоната на p-n-прехода се разширява към канала . В резултат на това ширината на канала намалява, токът намалява. Напрежението на затвора, при което през превключвателя не протича ток, се нарича напрежение на прекъсване.

Изключващото напрежение е достигнато и ключът е напълно затворен. Картината с резултатите от симулацията показва такова състояние за p-канален (вляво) и n-канал (вдясно) ключ. Между другото нататък английски езиктакъв транзистор се нарича JFET.

Режимът на работа на транзистора, когато напрежението Uzi е нула или обратно. Благодарение на обратното напрежение можете да „покриете транзистора“, той се използва в усилватели от клас А и други вериги, където е необходимо гладко регулиране.

Режимът на прекъсване се получава, когато Uzi = Ucutoff за всеки транзистор е различно, но във всеки случай се прилага в обратна посока.

Характеристики, VAC

Изходната характеристика е графика, която показва зависимостта на изтичащия ток от Usi (приложен към изходните и изходните клеми) при различни напрежения на затвора.

Може да се раздели на три области. Първо (от лявата страна на графиката) виждаме омичната област - в тази празнина транзисторът се държи като резистор, токът нараства почти линейно, достигайки определено ниво, преминава в областта на насищане (в центъра на графиката).

От дясната страна на графиката виждаме, че токът започва да расте отново, това е зоната на повреда, транзисторът не трябва да е тук. Най-горният клон, показан на фигурата, е токът при нула Uzi, виждаме, че токът тук е най-големият.

Колкото по-високо е напрежението на Uzi, толкова по-малък е изтичащият ток. Всеки от клоновете се различава с 0,5 волта на портата. Това, което потвърдихме чрез симулация.

Тук е показана характеристиката дренаж-затвор, т.е. зависимостта на дрейновия ток от напрежението на затвора при същото напрежение дрейн-източник (in този пример 10V), тук стъпката на мрежата също е 0,5V, отново виждаме, че колкото по-близо е Uzi напрежението до 0, толкова по-голям е токът на източване.

В биполярните транзистори имаше такъв параметър като коефициент на пренос на ток или печалба, той беше обозначен като B или H21e или Hfe. В полето, за да се покаже способността за усилване на напрежението, се използва стръмността, обозначена с буквата S

Тоест, наклонът показва с колко милиампера (или ампера) нараства изтичащият ток с увеличаване на напрежението порта-източник с броя волта при постоянно напрежение изтичане-източник. Може да се изчисли от характеристиката дрейн-гейт, в горния пример наклонът е около 8 mA/V.

Схеми за превключване

Подобно на биполярните транзистори, има три типични превключващи вериги:

1. С общ източник (а). Използва се най-често, дава печалба в ток и мощност.

2. С общ затвор (b). Рядко използван, нисък входен импеданс, без усилване.

3. С общ дренаж (c). Усилването на напрежението е близо до 1, входният импеданс е висок, а изходът е нисък. Друго име е последовател на източник.

Характеристики, предимства, недостатъци

Основното предимство на полевия транзистор висок входен импеданс. Входното съпротивление е съотношението на тока към напрежението порта-източник. Принципът на действие се състои в управлението с помощта на електрическо поле и то се формира при прилагане на напрежение. Това е FETs са контролирани по напрежение.

• практически не консумира управляващ ток,това е намалява загубата на контрол, изкривяването на сигнала,токово претоварване на източника на сигнал...

Средна честота Производителността на FET е по-добра от биполярната, това се дължи на факта, че е необходимо по-малко време за "резорбция" на носители на заряд в областите на биполярния транзистор. Някои съвременни биполярни транзистори може дори да превъзхождат транзисторите с полеви ефекти, това се дължи на използването на по-напреднали технологии, намаляване на ширината на основата и други неща.

Ниското ниво на шум на транзисторите с полеви ефекти се дължи на липсата на процес на инжектиране на заряд, както при биполярните.

Стабилност при температурни промени.

Ниска консумация на енергия в проводящо състояние - по-голяма ефективност на вашите устройства.

Най-простият пример за използване на висок входен импеданс е при съгласуване на устройства за свързване на акустични акустични китари с пиезо пикапи и електрически китари с електромагнитни пикапи към линейни входове с нисък входен импеданс.

Ниският входен импеданс може да причини спад на входния сигнал, изкривявайки формата му в различна степен в зависимост от честотата на сигнала. Това означава, че трябва да избегнете това чрез въвеждане на каскада с висок входен импеданс. Тук най-простата схематакова устройство. Подходящ за свързване на електрически китари редов входаудио карта на компютъра. С него звукът ще стане по-ярък, а тембърът по-богат.

Основният недостатък е, че такива транзистори се страхуват от статично електричество. Можете да вземете елемент с електрифицирани ръце и той веднага ще се провали, това е следствието от контролирането на ключа с помощта на полето. Препоръчително е да се работи с тях в диелектрични ръкавици, свързани чрез специална гривна към маса, с нисковолтов поялник с изолиран накрайник, а изводите на транзисторите могат да се завържат с тел, за да ги дадат на късо при монтажа.

Съвременните устройства практически не се страхуват от това, тъй като в тях на входа могат да бъдат вградени защитни устройства като ценерови диоди, които работят при надвишаване на напрежението.

Понякога за начинаещите радиолюбители страховете достигат до абсурда, като например поставянето на капачки от фолио на главата ви. Всичко описано по-горе, въпреки че е задължително, но неспазването на никакви условия не гарантира повреда на устройството.

Полеви транзистори с изолиран затвор

Този тип транзистори се използват активно като ключове с полупроводниково управление. Освен това те работят най-често в режим на ключ (две позиции "включено" и "изключено"). Те имат няколко имена:

1. MIS транзистор (метал-диелектрик-полупроводник).

2. MOSFET (метал-оксид-полупроводник).

3. MOSFET транзистор (метал-оксид-полупроводник).

Запомнете - това са само вариации на едно и също име. Диелектрикът или оксидът, както го наричат ​​още, играе ролята на изолатор за вратата. На диаграмата по-долу изолаторът е показан между n-областта близо до гейта и гейта като бяла зона с точки. Изработен е от силициев диоксид.

Диелектрик изключва електрически контактмежду затворния електрод и субстрата. За разлика от контролния p-n преход, той не работи на принципа на разширяване на прехода и припокриване на каналите, а на принципа на промяна на концентрацията на носители на заряд в полупроводник под действието на външно електрическо поле. MOSFET се предлагат в два типа:

1. С вграден канал.

2. С индуциран канал

На диаграмата виждате транзистор с вграден канал. От него вече можете да се досетите, че принципът на неговата работа наподобява полеви транзистор с управляващ p-n преход, т.е. когато напрежението на гейта е нула, токът протича през превключвателя.

В близост до източника и дренажа се създават две области с високо съдържание на примесни носители на заряд (n+) с повишена проводимост. Субстратът е P-тип основа (в този случай).

Моля, обърнете внимание, че кристалът (подложката) е свързан към източника; на много конвенционални графични символи той е изчертан по този начин. Когато напрежението на затвора се увеличи, в канала се появява напречно електрическо поле, което отблъсква носители на заряд (електрони) и каналът се затваря при достигане на прага Uz.

Когато се приложи отрицателно напрежение порта-източник, изтичащият ток пада, транзисторът започва да се затваря - това се нарича режим на изчерпване.

При подаване на положително напрежение към затвора-източник се получава обратният процес - електроните се привличат, токът се увеличава. Това е режимът на обогатяване.

Всичко по-горе е вярно за MOSFET с вграден N-тип канал. Ако p-тип канал промени всички думи "електрони" на "дупки", полярността на напрежението се обръща.

Според листа с данни за този транзистор, праговото напрежение порта-източник е в района на един волт, а типичната му стойност е 1,2 V, нека проверим това.

Токът е в микроампера. Ако увеличите напрежението още малко, то ще изчезне напълно.

Избрах случайно транзистор и попаднах на доста чувствително устройство. Ще се опитам да променя полярността на напрежението, така че портата да има положителен потенциал, проверете режима на обогатяване.

При напрежение на вратата от 1 V, токът се увеличи четири пъти в сравнение с това, което беше при 0 V (първата снимка в този раздел). От това следва, че за разлика от предишния тип транзистори и биполярни транзистори, без допълнителна лента, той може да работи както за увеличаване на тока, така и за намаляване. Това твърдение е много грубо, но в първото приближение има право да съществува.

Всичко тук е почти същото като в транзистор с контролен преход, с изключение на наличието на режим на обогатяване в изходната характеристика.

На характеристиката дрейн-шлюз ясно се вижда, че отрицателното напрежение предизвиква режим на изчерпване и затваряне на ключа, а положителното напрежение на портата - обогатяване и по-голямо отваряне на ключа.

MOSFET с индуциран канал не провеждат ток при липса на напрежение на портата, или по-скоро има ток, но е изключително малък, т.к. това е обратният ток между субстрата и силно легираните области на дренаж и източник.

Полевият транзистор с изолирана врата и индуциран канал е аналог на нормално отворен ключ, без ток.

При наличие на напрежение порта-източник, т.к ние разглеждаме индуцирания канал от n-тип, тогава напрежението е положително, под действието на полето носителите на отрицателен заряд се привличат към областта на портата.

Така се появява „коридор“ за електроните от източника към изтичането, така се появява канал, транзисторът се отваря и през него започва да тече ток. Имаме p-тип субстрат, основните в него са положителни носители на заряд (дупки), отрицателните носители са много малко, но под действието на полето те се откъсват от атомите си и започва тяхното движение. Оттук и липсата на проводимост при липса на напрежение.

Изходната характеристика точно повтаря същата за предишните, единствената разлика е, че напреженията Uzi стават положителни.

Характеристиката drain-gate показва същото, разликите отново са в напреженията на gate.

Когато се вземат предвид характеристиките на тока и напрежението, е изключително важно внимателно да се разгледат стойностите, предписани по осите.

Към ключа беше приложено напрежение от 12 V, а на портата имаме 0. Токът не тече през транзистора.

Това означава, че транзисторът е напълно отворен, ако не беше там, токът в тази верига щеше да бъде 12/10 = 1,2 A. По-късно проучих как работи този транзистор и разбрах, че при 4 волта той започва да се отваря.

Добавяйки по 0,1 V всеки, забелязах, че с всеки десети волт токът нараства все повече и повече и с 4,6 волта транзисторът е почти напълно отворен, разликата с напрежението на гейта от 20 V в изтичащия ток е само 41 mA, при 1.1 A това са глупости.

Този експеримент отразява, че индуцираният канален транзистор се включва само когато се достигне праговото напрежение, което му позволява да работи перфектно като превключвател в импулсни вериги. Всъщност IRF740 е един от най-често срещаните.

Измерванията на тока на затвора показаха, че транзисторите с полеви ефекти всъщност не консумират почти никакъв управляващ ток. При напрежение от 4,6 волта токът беше само 888 nA (нано!!!).

При напрежение от 20 V беше 3,55 μA (микро). За биполярен транзистор той би бил от порядъка на 10 mA, в зависимост от усилването, което е десетки хиляди пъти по-голямо, отколкото за полев транзистор.

Не всички ключове се отварят с такива напрежения, това се дължи на дизайна и характеристиките на схемата на устройствата, където се използват.

Разреденият капацитет в първия момент от време изисква голям заряден ток и редки устройства за управление (широкоимуществени контролери и микроконтролери) имат силни изходи, така че използват драйвери за полеви вентили, както в полеви транзистори, така и в (биполярни с изолиран порта). Това е усилвател, който преобразува входния сигнал в изход с такава величина и сила на тока, достатъчни за включване и изключване на транзистора. Токът на зареждане също е ограничен от резистор, включен последователно с портата.

В същото време някои порти могат да се управляват и от порта на микроконтролера чрез резистор (същия IRF740). Засегнали сме тази тема.

Те приличат на транзистори с полеви ефекти с контролна порта, но се различават по това, че на UGO, както и в самия транзистор, портата е отделена от субстрата, а стрелката в центъра показва вида на канала, но е насочена от подложка към канала ако е n-канален мосфет - към блендата и обратно.

За ключове с индуциран канал:

Може да изглежда така:

Обърнете внимание на английските имена на щифтовете, те често са посочени в таблици с данни и диаграми.

За ключове с вграден канал:

Полупроводникови устройства, чието действие се основава на модулирането на съпротивлението на полупроводников материал чрез напречно електрическо поле, се наричат ​​транзистори с полеви ефекти. Те са в процес на създаване електрически токучастват само един тип носители на заряд (електрони или дупки).

Полевите транзистори са два вида: с управляващ p-n преход и със структура метал-диелектрик-полупроводник (MIS транзистори).

Ориз. 2.37. Опростена структура на полеви транзистор с управление (а); символи на транзистор, имащ n-тип канал (b) и p-тип канал (c); типични структури (d, e): транзисторна структура с повишена скорост (e)

Транзистор с контролен p-n преход (фиг. 2.37) е плоча (секция) от полупроводников материал с определен тип електрическа проводимост, от краищата на която са направени два извода - електроди за източване и източник. По плочата се прави електрически преход (p-n преход или бариера на Шотки), от който се извежда трети извод - затвор.

Външни напрежения се прилагат така, че електрически ток да тече между електродите за изтичане и източник, а напрежението, приложено към портата, отклонява електрическото съединение в обратна посока. Съпротивлението на областта, разположена под електрическото съединение, което се нарича канал, зависи от напрежението на затвора. Това се дължи на факта, че размерите на прехода се увеличават с увеличаване на обратното напрежение, приложено към него, а увеличаването на района, обеднен от носители на заряд, води до увеличаване на електрическо съпротивлениеканал.

По този начин работата на полеви транзистор с контролен p-n преход се основава на промяна в съпротивлението на канала поради промяна в размера на зоната, изчерпана от основните носители на заряд, което се случва под действието на обратно напрежение приложен към портата.

Електродът, от който основните носители на заряд започват да се движат в канала, се нарича източник, а електродът, към който се движат основните носители на заряд, се нарича дрейн. Опростена структура на полеви транзистор с контролен p-n преход е показана на фиг. 2.37 а. Конвенцииса дадени на фиг. 2.37, b, c, а структурите на произведените в търговската мрежа транзистори с полеви ефекти са показани на фиг. 2.37, г-н e.

Ако в полупроводникова плоча се създадат зони с p-тип електрическа проводимост, например n-тип, тогава, когато се приложи напрежение към p-n прехода, което го отклонява в обратна посока, се образуват области, които са изчерпани от основния заряд носители (фиг. 2.37, а). Съпротивлението на полупроводника между електродите на източника и дренажа се увеличава, тъй като токът протича само през тесния канал между преходите. Промяната в напрежението затвор-източник води до промяна в размера на зоната на пространствения заряд (размерите), т.е. до промяна в съпротивлението на канала. Каналът може да бъде почти напълно блокиран и тогава съпротивлението между източника и дренажа ще бъде много високо (няколко - десетки).

Напрежението между затвора и източника, при което изтичащият ток достига определеното ниска стойност, се нарича напрежение на прекъсване на полевия транзистор. Строго погледнато, при напрежението на прекъсване транзисторът трябва да се затвори напълно, но наличието на течове и трудността при измерване на особено малки токове ни карат да считаме напрежението на прекъсване за напрежението, при което токът достига определена малка стойност. Следователно в техническите спецификации транзисторът е посочен при какъв дрейн ток е направено измерването.

Ширината на pn прехода също зависи от тока, протичащ през канала. Ако, например (фиг. 2.37, а), тогава токът, протичащ през транзистора, ще създаде спад на напрежението по дължината на последния, което се оказва, че блокира прехода порта-канал.

Ориз. 2.38. Изходни характеристики на полеви транзистор с неговата управляваща входна характеристика (6) и предавателна характеристика (стоков гейт) (c): I - стръмна област; II - плоска зона или зона на насищане; III - зона на разбивка

Това води до увеличаване на ширината и съответно до намаляване на напречното сечение и проводимостта на канала, а ширината на p-n прехода се увеличава, когато се приближава до дренажната област, където ще има най-голям спад на напрежението, причинен от тока на съпротивлението на канала. Така че, ако приемем, че съпротивлението на транзистора се определя само от съпротивлението на канала, тогава на ръба на p-n прехода, обърнат към източника, напрежението ще действа, а на ръба, обърнат към изтичането, напрежението ще действа . При ниски стойности на напрежението и малки, транзисторът се държи като линейно съпротивление. Увеличението води до почти линейно увеличение, а намаляването води до съответно намаление. С нарастването на характеристиката тя все повече се отклонява от линейната, което е свързано със стесняване на канала в дренажния край. При определена стойност на тока възниква така нареченият режим на насищане (участък II на фиг. 2.38, а), който се характеризира с това. че с увеличаване на тока токът се променя леко. Това е така, защото при високо напрежение каналът при дренажа се свива в тясна шийка. Получава се вид динамично равновесие, при което увеличаването и увеличаването на тока предизвикват допълнително стесняване на канала и съответно намаляване на тока. В резултат на това последното остава почти постоянно. Напрежението, при което се получава насищане, се нарича напрежение на насищане. Това е, както се вижда от фиг. , се променя с промяната на напрежението. Тъй като влиянието върху ширината на канала на изхода на дренажа е почти същото, тогава

И така, напрежението на прекъсване, определено при малко напрежение, е числено равно на напрежението на насищане при , а напрежението на насищане при определено напрежение на портата е равно на разликата между напрежението на прекъсване и напрежението източник-порта.

При значително увеличение на напрежението на края на дренажа се наблюдава разрушаване на p-n прехода.

В изходните характеристики на полеви транзистор могат да се разграничат две работни зони OA и OB. Областта OA се нарича стръмна характерна област, областта AB се нарича плоска или област на насищане. В стръмния регион транзисторът може да се използва като омично контролирано съпротивление. В усилващите стъпала транзисторът работи върху плосък участък от характеристиката. Отвъд точка B настъпва прекъсване на електрическия преход.

Входната характеристика на полеви транзистор с контролен преход (фиг. 2.38, b) е обратният клон на волт-амперната характеристика на прехода. Въпреки че токът на затвора варира донякъде с напрежението и достига най-голямата стойностпри късо съединение на клемите на източника и дренажа (ток на изтичане на врата) - в повечето случаи може да се пренебрегне. Промяната в напрежението не причинява значителни промени в тока на затвора, което е типично за преход с обратен ток.

При работа в плоска област на характеристиката ток-напрежение, токът на изтичане при дадено напрежение 11sh се определя от израза

където е началният ток на изтичане, при който токът при и напрежението на изтичане надвишава напрежението на насищане: .

Тъй като транзисторът с полеви ефекти се управлява от напрежението на гейта, стръмността на характеристиката се използва за количествено определяне на управляващото действие на гейта

Стръмността на характеристиката достига максималната си стойност при . За да определим стойността на S при всяко напрежение, диференцираме израза

За израз (2.73) приема формата

Замествайки (1.74) в израз (1.73), получаваме .

По този начин наклонът на характеристиката на транзистора с полеви ефекти намалява с увеличаване на напрежението, приложено към неговия затвор.

Началната стойност на стръмността на характеристиката може да се определи чрез графично-аналитичен метод. За да направим това, начертаваме допирателна от точка към характеристиката на дренажния затвор (фиг. 2.38. c). Той ще отреже сегмент върху оста на напрежението и неговият наклон ще определи стойността на .

Усилващите свойства на транзисторите с полеви ефекти се характеризират с усилването

което е свързано с наклона на характеристиката и вътрешното съпротивление с уравнението , където е диференциалното вътрешно съпротивление на транзистора.

Наистина, общо взето.

Ако с едновременна промяна в и , тогава откъде

Както при биполярните транзистори, транзисторите с полеви ефекти разграничават режимите на голям и малък сигнал. Режимът на голям сигнал най-често се изчислява с помощта на входните и изходните характеристики на транзистора и еквивалентната схема на фиг. 2.39, а. За да се анализира режимът на малък сигнал, еквивалентните схеми с малък сигнал се използват широко на фиг. 2.39, b-g (транзистор с канал p-тип). Тъй като съпротивленията на затворените преходи в силициевите транзистори с полеви ефекти са големи (десетки до стотици MΩ), в повечето случаи те могат да бъдат игнорирани. За практически изчисления еквивалентната схема на фиг. 1 е най-удобна. 2.39, d, въпреки че отразява действителните физически процеси, протичащи в разглежданите транзистори, много по-зле. Всички капацитети на затвора във веригата се заменят с един еквивалентен капацитет C", който се зарежда през средното еквивалентно съпротивление.

Ориз. 2.39. Опростена еквивалентна схема на FET с контролен p-n преход за постоянен ток(а); еквивалентни схеми с малък сигнал: пълни (b), опростени (c), модифицирани (d).

Можем да приемем, че то е равно на статичното съпротивление в стръмната област на характеристиките - съпротивлението между дрейна и сорса в отворено състояние на транзистора при дадено напрежение дрейн-сорс, по-малко от напрежението на насищане. Отразено съпротивление на затвора (омично). еквивалентно съпротивление, която поради голямата си стойност (десетки-стотици) може да бъде пренебрегната.

Типични стойности на параметрите на силициевите транзистори, включени в еквивалентната схема: .

Капацитетите на полевия транзистор, както и крайната скорост на носителите на заряд в канала, определят неговите инерционни свойства. Инерцията на транзистора в първото приближение се взема предвид чрез въвеждане на операторния наклон на характеристиката

където е граничната честота, определена на ниво 0,7 от статичната стойност на наклона на характеристиката.

Когато температурата се промени, параметрите и характеристиките на полевите транзистори с управление се променят поради влиянието на следните фактори: промени в обратния ток на затворен p-n-преход; промени в контактната потенциална разлика промени в съпротивлението на канала.

Обратният ток при затворения се увеличава експоненциално с повишаване на температурата. Приблизително може да се счита, че той се удвоява с повишаване на температурата с 6-8 C. Ако има голямо външно съпротивление във веригата на транзисторния порт, тогава спадът на напрежението върху него, причинен от променен ток, може значително да промени напрежение на вратата.

Контактната потенциална разлика намалява с повишаване на температурата с приблизително . При постоянно напрежение на затвора това води до увеличаване на тока на изтичане. За транзистори с ниско напрежение на прекъсване този ефект е доминиращ и промените в тока на изтичане ще бъдат положителни.

Тъй като температурният коефициент, характеризиращ промяната в съпротивлението на канала, е положителен, изтичащият ток намалява с повишаване на температурата. Това отваря възможността за правилно избиране на позицията на работната точка на транзистора за взаимно компенсиране на промените в тока, причинени от промени в контактната потенциална разлика и съпротивлението на канала. В резултат на това дренажният ток ще бъде почти постоянен в широк диапазон от температури.

Работната точка, при която има промяна в дебита с промяна на температурата минимална стойност, се нарича термостабилна точка. Приблизителната му позиция може да се намери от уравнението

От (2.78) се вижда, че при значителна стръмност на характеристиката в термично стабилна точка е малка и може да се получи много по-ниско усилване от транзистора, отколкото при работа с ниско напрежение.

Ориз. 2.40. Включването на полеви транзистор в схеми: a - с общ източник; b - с общ дренаж

Съвременните полеви транзистори, направени на основата на силиций, работят до температура 120-150 ° С. Включването им в схемите на усилващите етапи с общ източник и общ изтичане е показано на фиг. 2.40, а, б. Постоянното напрежение осигурява определена стойност на съпротивлението на канала и определен ток на източване. Когато се приложи входно усилено напрежение, потенциалът на затвора се променя и токовете на изтичане и източник, както и спадът на напрежението върху резистора R, се променят съответно.

Увеличението на спада на напрежението през резистора R при голяма стойност е много по-голямо от нарастването на входното напрежение. Това усилва сигнала. Поради слабото разпространение не е показано включване с общ затвор. Когато промените вида на електрическата проводимост на канала, се променят само полярността на приложените напрежения и посоката на токовете, включително в еквивалентни схеми.

Основните предимства на полевите транзистори с контролен p-n преход над биполярните са високо входно съпротивление, нисък шум, лекота на производство и липса на остатъчно напрежение в отворено състояние между източника и изтичането на отворен транзистор.

MIS транзисторите могат да бъдат два вида: транзистори с вградени канали (каналът се създава по време на производството) и транзистори с индуцирани канали (каналът се появява под действието на напрежение, приложено към управляващите електроди).

Транзисторите от първия тип могат да работят както в режим на изчерпване на канала с носители на заряд, така и в режим на обогатяване. Транзисторите от втори тип могат да се използват само в режим на обогатяване. В MIS транзисторите, за разлика от транзисторите с контролен p-n преход, металният затвор е изолиран от полупроводника чрез диелектричен слой и има допълнителен изход от кристала, върху който е направено устройството (фиг. 2.41), наречен субстрат.

Ориз. 2.41. Структури на MIS транзистора: а - планарен транзистор с индуциран канал. b - планарен транзистор с вграден канал; , транзистор - и .

Ориз. 2.42. Разпределение на носителите на заряд в повърхностния слой

Контролното напрежение може да бъде приложено както между порта и субстрата, така и независимо към субстрата и порта. Под въздействието на полученото електрическо поле в близост до повърхността на полупроводника се появява канал от тип - поради отблъскването на електрони от повърхността в дълбочината на полупроводника в транзистор с индуциран канал. В транзистор с вграден канал съществуващият канал се разширява или стеснява. Промяната на управляващото напрежение променя ширината на канала и съответно съпротивлението и тока на транзистора.

Значително предимство на MIS транзисторите е тяхното високо входно съпротивление, достигащо стойности на Ohm (за транзистори с контролен възел на Ohm).

Нека разгледаме по-подробно работата на MIS транзистор с индуциран -канал. Нека като изходен материалТранзисторът използва силиций с електрическа проводимост от тип. Ролята на диелектричния филм се изпълнява от силициев диоксид. При липса на отклонение близкият повърхностен слой на полупроводника обикновено е обогатен с електрони (фиг. 2.42, а). Това се дължи на наличието на положително заредени йони в диелектричния филм, което е следствие от предишното окисление на силиция и неговата фотолитографска обработка, както и наличието на уловки на границата. Спомнете си, че капаните са набор от енергийни нива, разположени дълбоко в забранената лента, близо до нейната среда.

Когато се приложи отрицателно напрежение към затвора, електроните на близкия до повърхността слой се отблъскват в дълбочината на полупроводника и дупките се придвижват към повърхността. Повърхностният слой придобива дупка електрическа проводимост (фиг. 2.42, b). В него се появява тънък обратен слой, свързващ дренажа с източника. Този слой играе ролята на канал. Ако се приложи напрежение между източника и дренажа, тогава дупките, движещи се по канала, създават дренажен ток. Чрез промяна на напрежението на затвора е възможно да се разшири или стесни каналът и по този начин да се увеличи или намали тока на изтичане.

Напрежението на затвора, при което се индуцира каналът, се нарича прагово напрежение. Тъй като каналът се появява постепенно, тъй като напрежението на затвора се увеличава, за да се елиминира неяснотата в неговата дефиниция, обикновено се задава определена стойност на тока на изтичане, над която се счита, че потенциалът на затвора е достигнал праговото напрежение.

С увеличаване на разстоянието от повърхността на полупроводника концентрацията на индуцирани дупки намалява. На разстояние, приблизително равно на дебелината на канала, електропроводимостта става присъща. След това идва участъкът, обеднен от основните носители на заряд (-преход). Благодарение на него дренажът, източникът и каналът са изолирани от субстрата; - кръстовището е предубедено от приложеното напрежение в обратна посока. Очевидно неговата ширина и ширина на канала могат да бъдат променени чрез прилагане на допълнително напрежение към субстрата по отношение на електродите за източване и източник на транзистора. Следователно изтичащият ток може да се контролира не само чрез промяна на напрежението на затвора, но и чрез промяна на напрежението на субстрата. В този случай управлението на MOS транзистора е подобно на управлението на полеви транзистор с контролен възел. За да се образува канал, напрежение, по-голямо от .

Дебелината на обратния слой е много по-малка от дебелината на обеднения слой. Ако последният е стотици - хиляди nm, тогава дебелината на индуцирания канал е само 1-5 nm. С други думи, дупките на индуцирания канал са "притиснати" към повърхността на полупроводника; следователно структурата и свойствата на интерфейса полупроводник-изолатор играят много важна роля в MIS транзисторите.

Дупките, които образуват канала, влизат в него не само от субстрата тип -, където има малко от тях и се генерират сравнително бавно, но и от слоевете тип източник и дренаж, където тяхната концентрация е практически неограничена, и полето силата в близост до тези електроди е доста висока.

В транзистори с вграден канал токът в дренажната верига също ще тече при нулево напрежение на затвора. За да го спрете, е необходимо да приложите положително напрежение към портата (в случай на канална структура от тип), равно на или повече напрежениепрекъсвания . В този случай дупките от обратния слой ще бъдат почти напълно избутани в дълбочината на полупроводника и каналът ще изчезне. Когато се приложи отрицателно напрежение, каналът се разширява и токът се увеличава. По този начин. MOS транзисторите с вградени канали работят както в режим на изчерпване, така и в режим на обогатяване.

Ориз. 2.43. Структурата на MIS транзистора с променена ширина на канала по време на протичане на ток (а); неговите изходни характеристики с индуцирани (b) и вградени (c) канали: I стръмен участък; II - плоска зона или зона на насищане; III - зона на разбивка; 1 - обяд слой

Подобно на полеви транзистори с контролен преход, MIS транзисторите при ниски напрежения (в областта на фиг. 2.43, b, c) се държат като линеаризирано контролирано съпротивление. С увеличаването на напрежението ширината на канала намалява поради спад на напрежението в него и промяна в произтичащото електрическо поле. Това е особено изразено в тази част на канала, която се намира близо до дренажа (фиг. 2.43, а). Паданията на напрежението, създадени от тока, водят до неравномерно разпределение на силата на електрическото поле по протежение на канала и то се увеличава, когато се приближи до изтичането. Под напрежение каналът в близост до дренажа става толкова тесен, че възниква динамично равновесие, когато увеличаването на напрежението причинява намаляване на ширината на канала и увеличаване на неговото съпротивление. В резултат на това токът се променя малко с по-нататъшно увеличаване на напрежението. Тези процеси на промяна на ширината на канала в зависимост от напрежението са същите като при полеви транзистори с контролен p-n преход.

Изходните характеристики на MIS транзисторите са подобни на тези на полеви транзистори с контрол (фиг. 2.43, b, c). Те могат да бъдат разделени на стръмни и равни участъци, както и в района на разпадане. В стръмен регион MIS транзисторът може да действа като електрически контролирано съпротивление. Плоската област II обикновено се използва при изграждането на усилващи каскади. Аналитични приближения волт-амперни характеристики MIS транзисторите не са много удобни и рядко се използват в инженерната практика. За приблизителни оценки на тока на изтичане в областта на насищане можете да използвате уравнението

За транзистори с вграден канал могат да се използват уравнения (2.79), ако заменим и вземем предвид знаците на напреженията и .. Те характеризират параметрите на полеви транзистор, който за даден режим на измерване е представена от еквивалентна схема на фиг. 2.44, д. Той отразява характеристиките на транзистора по-лошо, но неговите параметри са известни или могат лесно да бъдат измерени (входен капацитет, през капацитет, изходен капацитет).

Операторното уравнение за наклона на характеристиките на MOS транзисторите има същия вид както при полеви транзистори с управляващ сигнал.В този случай времеконстантата е . В типичен случай, с дължина на канала от 5 μm, граничната честота, при която наклонът на характеристиката намалява с коефициент 0,7, е в рамките на няколкостотин мегахерца.

Температурната зависимост на праговото напрежение и напрежението на прекъсване се дължи на промяна в позицията на нивото на Ферми, промяна на пространствения заряд в областта на изчерпване и ефекта на температурата върху стойността на заряда в диелектрика. MOS транзисторите също така имат термично стабилна работна точка, където изтичащият ток се влияе слабо от температурата. При различни транзистористойността на тока на изтичане в термостабилната точка е в рамките на . Важно предимство на MIS транзисторите пред биполярните е ниският спад на напрежението върху тях при превключване на малки сигнали. Така че, ако в биполярни транзистори в режим на насищане напрежението

При намаляване може да се намали до стойност, клоняща към нула. Тъй като MIS транзисторите с диелектрик от силициев диоксид са широко използвани, по-нататък ще ги наричаме MOS транзистори.

Понастоящем индустрията също произвежда MOSFET с два изолирани порта (тетрод), например. Наличието на втора порта ви позволява едновременно да контролирате тока на транзистора, като използвате две контролни напрежения, което улеснява изграждането на различни усилващи и умножаващи устройства. Техните характеристики са подобни на характеристиките на полеви транзистори с единичен порт, само че техният брой е по-голям, тъй като те са изградени за напрежението на всеки порт с постоянно напрежение на другия порт. Съответно се различават наклонът на характеристиката за първия и втория гейт, напрежението на прекъсване на първия и втория гейт и т. н. Прилагането на напрежение към портите не се различава от прилагането на напрежение към портата на MOSFET с единичен порт.

Трябва да надхвърли прага. В противен случай каналът няма да се появи и транзисторът ще бъде заключен.

Полевите транзистори са полупроводникови устройства. Тяхната характеристика е, че изходният ток се контролира от електрическо поле и напрежение с една полярност. Контролният сигнал се прилага към портата и регулира проводимостта на транзисторния преход. По това те се различават от биполярните транзистори, при които сигналът е възможен с различна полярност. Друго отличително свойство на транзистора с полеви ефекти е образуването на електрически ток от основните носители на една и съща полярност.

Разновидности

Има много различни видове полеви транзистори, работещи със свои собствени характеристики.

• тип проводимост. От него зависи полярността на управляващото напрежение.
• Структура: дифузия, сплав, MIS, бариера на Шотки.
• Брой електроди: има транзистори с 3 или 4 електрода. Във варианта с 4 електрода, подложката е отделна част, което дава възможност да се контролира преминаването на тока през прехода.
• Производствен материал: най-популярни са устройствата на базата на германий, силиций. В маркировката на транзистора буквата означава материала на полупроводника. В транзисторите, произведени за военно оборудване, материалът е маркиран с цифри.
• Начин на приложение: посочен в справочниците, не е посочен на етикета. В практиката са известни пет групи полеви работници: в ниско и високочестотни усилватели, като електронни ключове, модулатори, DC усилватели.
• Диапазон на работните параметри: Набор от данни, в рамките на който могат да работят работниците на терен.
• Характеристики на устройството: унитрони, решетки, алкатрони. Всички устройства имат свои собствени отличителни данни.
• Брой структурни елементи: допълващи се, двойни и др.

В допълнение към основната класификация на "работниците на терен", има специална класификация, която има принципа на действие:

• БНТ с p-n преходкойто управлява.
• Полеви транзистори с бариера на Шотки.
• "Полеви работници" с изолирана щора, които се разделят:
  - с индукционен преход;
  - с вграден преход.

В научната литература е предложена спомагателна класификация. Той казва, че полупроводникът, базиран на бариерата на Шотки, трябва да бъде разпределен в отделен клас, тъй като това е отделна структура. Същият транзистор може да включва едновременно оксид и диелектрик, както в транзистора KP 305. Такива методи се използват за формиране на нови свойства на полупроводник или за намаляване на тяхната цена.

В диаграмите полевите работници имат обозначения на терминали: G - порта, D - дренаж, S - източник. Субстратът на транзистора се нарича "субстрат".

Характеристики на дизайна

Контролният електрод на полевия транзистор в електрониката се нарича порта. Преходът му се извършва от полупроводник с всякакъв вид проводимост. Полярността на управляващото напрежение може да бъде с произволен знак. Електрическо поле с определена полярност освобождава свободни електрони, докато преходът не изчерпи свободните електрони. Това се постига чрез прилагане на електрическо поле към полупроводника, след което стойността на тока се доближава до нула. Това е действието на полевия транзистор.

Електрическият ток протича от източника към дренажа. Нека анализираме разликите между тези два терминала на транзистора. Посоката на електроните няма значение. Полевите транзистори имат свойството обратимост. В радиотехниката транзисторите с полеви ефекти са намерили своята популярност, тъй като не образуват шум поради униполярността на носителите на заряд.

Основната характеристика на транзисторите с полеви ефекти е значителното входно съпротивление. Това е особено забележимо в променлив ток. Тази ситуация се получава поради управлението чрез обратния преход на Шотки с известно отклонение или от капацитета на кондензатора близо до портата.

Материалът на субстрата е нелегиран полупроводник. За "полеви работници" с преход на Шотки вместо субстрат се полага галиев арсенид, който в чистата си форма е добър изолатор.

На практика е трудно да се създаде структурен слой със сложен състав, който да отговаря на необходимите условия. Следователно, допълнително изискване е способността за бавно изграждане на субстрата до желания размер.

Полеви транзистори с p-нпреход

При такъв дизайн типът проводимост на затвора се различава от този на кръстовището. На практика се прилагат различни подобрения. Затворът може да бъде направен от няколко зони. В резултат на това най-малкото напрежение може да контролира преминаването на тока, което увеличава печалбата.

Използва се в различни схеми обратен изгледофсетен преход. Колкото по-голямо е отместването, толкова по-малка е ширината на прехода за преминаване на тока. При определена стойност на напрежението транзисторът се затваря. Използването на предно отклонение не се препоръчва, тъй като задвижващата верига с висока мощност може да повлияе на портата. По време на отворен преход преминава значителен ток или повишено напрежение. Нормален режим на работа се създава от правилен изборполюси и други свойства на източника на захранване, както и избор на точката на работа на транзистора.

В много случаи се използват специално постоянни токове на затвора. Този режим може да се използва и от транзистори, в които субстратът образува преход тип p-n. Зарядът от източника се разделя на дрейн и гейт. Има зона с голям коефициент на усилване на тока. Този режим е с управление на затвора. С увеличаването на тока обаче тези параметри рязко спадат.

Подобна връзка се използва във веригата на детектора на честотния гейт. Той прилага свойства за коригиране на прехода на канал и порта. В този случай отклонението напред е нула. Транзисторът също се задвижва от ток на затвора. В дренажната верига се генерира голямо усилване на сигнала. Напрежението за гейта варира според закона на входа и е блокиращо за гейта.

Напрежението в дренажната верига има следните елементи:

• Константа. Не е приложимо.
• Носещ сигнал. Изхвърля се на земята с помощта на филтри.
• Модулиращ честотен сигнал. Обработва се, за да се получи информация от него .

Като недостатък на детектора на затвора е препоръчително да се посочи значителен фактор на изкривяване. Резултатите при него са отрицателни за силните и слаби сигнали. Малко по-добър резултат показва фазов детектор, направен на транзистор с два порта. Референтният сигнал се подава към един от управляващите електроди, а информационният сигнал, усилен от полевия работник, се появява на дренажа.

Въпреки значителното изкривяване, този ефект има своята цел. В селективни усилватели, които пропускат определена доза от определен честотен спектър. Хармонични вибрациисе филтрират и не влияят на качеството на схемата.

MeP транзисторите, което означава метал-полупроводник, с преход на Шотки практически не се различават от транзисторите с p-n преход. Тъй като MeN преходът има специални свойства, тези транзистори могат да работят с повишена честота. Освен това MeP структурата е лесна за производство. Честотните характеристики зависят от времето за зареждане на затворния елемент.

MIS транзистори

Базата от полупроводникови елементи непрекъснато се разширява. Всяко ново развитие се променя електронни системи. На тяхна основа се появяват нови инструменти и устройства. MOS транзисторът работи чрез промяна на проводимостта на полупроводниковия слой с помощта на електрическо поле. От това дошло и наименованието – поле.

Обозначението MIS означава метал-изолатор-полупроводник. Това дава описание на състава на устройството. Портата е изолирана от източника и дренажа чрез тънък диелектрик. MIS транзисторът от модерен тип има размер на портата от 0,6 микрона, през който може да тече само електромагнитно поле. Влияе върху състоянието на полупроводника.

Когато желаният потенциал се появи на вратата, възниква електромагнитно поле, което влияе на съпротивлението на секцията дрейн-източник.

Предимствата на тази употреба на устройството са:

• Повишено входно съпротивление на устройството. Това свойство е подходящо за използване в слаботокови вериги.
• Малкият капацитет на секцията drain-source прави възможно използването на MIS транзистора във високочестотни устройства. Не се наблюдава изкривяване по време на предаване на сигнала.
• Напредъкът в новите технологии за производство на полупроводници доведе до разработването на IGBT транзистори, които включват положителни точкибиполярни и полеви устройства. Силовите модули, базирани на тях, намират широко приложение в софтстартери и честотни преобразуватели.

При разработването на такива елементи трябва да се има предвид, че MIS транзисторите са по-чувствителни към високо напрежение и статично електричество. Транзисторът може да изгори, ако докоснете контролните му щифтове. Следователно, когато ги инсталирате, е необходимо да използвате специално заземяване.

Тези транзистори с полеви ефекти имат много уникални свойства (например контрол на електрическо поле), така че са популярни в електронното оборудване. Трябва също да се отбележи, че технологията за производство на транзистори непрекъснато се актуализира.

Полевият транзистор е електрическо полупроводниково устройство, чийто изходен ток се управлява от поле, следователно напрежение, със същия знак. Сигналът за оформяне се подава към портата, регулира проводимостта на канала от n или p-тип. За разлика от биполярните транзистори, където сигналът е с променлив поляритет. Вторият знак е формирането на тока изключително от основните носители (от същия знак).

Класификация на полеви транзистори

Да започнем с класификацията. Има много видове полеви транзистори, всеки работи според алгоритъма:

В допълнение към общата класификация е изобретена специализирана, която определя принципите на работа. Разграничаване:

1. Полеви транзистори с управляващ p-n-преход.
2. Полеви транзистори с бариера на Шотки.
3. Полеви транзистори с изолиран затвор:

• С вграден канал.
• С индуциран канал.

В литературата структурите са подредени допълнително, както следва: не е подходящо да се използва обозначението MOS, структурите на базата на оксиди се считат за специален случай на MIS (метал, изолатор, полупроводник). Бариерата на Шотки (MeB) трябва да се отдели отделно, тъй като е различна структура. Напомня свойствата p-n-възел. Нека добавим, че структурно в състава на транзистора могат едновременно да влязат диелектрик (силициев нитрид), оксид (четиривалентен силиций), както се случи с KP305. Такива технически решенияизползвани от хората търсещи методиполучаване на уникални свойства на продукта, намаляване на разходите.

Сред чуждестранните съкращения за полеви транзистори е запазена комбинацията FET, понякога обозначава вида на управлението - с p-n преход. В последния случай заедно с това ще срещнем JFET. Думи-синоними. В чужбина е обичайно да се разделят оксидни (MOSFET, MOS, MOST - синоними), нитридни (MNS, MNSFET) полеви транзистори. Наличието на бариера на Шотки се обозначава като SBGT. Очевидно материалният смисъл, домашната литература, смисълът на факта се премълчава.

Електродите на полеви транзистори в диаграмите са посочени: D (дрейн) - дренаж, S (източник) - източник, G (порта) - порта. Субстратът се нарича субстрат.

FET устройство

Контролният електрод на полевия транзистор се нарича порта. Каналът се формира от полупроводник с произволен тип проводимост. Съответно полярността на управляващото напрежение е положителна или отрицателна. Полето на съответния знак измества свободните носители, докато провлакът под затворния електрод се изпразни напълно. Постига се чрез излагане на полето или на p-n преход, или на хомогенен полупроводник. Токът става нула. Ето как работи полевият транзистор.

Токът тече от източника към дренажа, начинаещите традиционно се измъчват от въпроса за разграничаване на двата посочени електрода. Няма разлика в каква посока се движат зарядите. Полевият транзистор е обратим. Униполярността на носителите на заряд обяснява ниското ниво на шума. Следователно транзисторите с полеви ефекти заемат доминираща позиция в технологиите.

Основната характеристика на устройствата е голямото входно съпротивление, особено на променлив ток. Очевиден факт, произтичащ от управлението на обратно предубедено p-n преход (преход на Шотки) или капацитета на технологичен кондензатор в областта на изолирана врата.

Субстратът често се предпочита от нелегиран полупроводник. За полеви транзистори с порта на Шотки - галиев арсенид. В чистата си форма, добър изолатор, към който се налагат следните изисквания като част от продукта:

Трудно е да се създаде значителна дебелина на слоя, който отговаря на списъка с условия. Поради това се добавя пето изискване, което се състои във възможността за постепенно изграждане на основата до необходимите размери.

Полеви транзистори с управляващ p-n-преход и MeP

В този случай типът проводимост на материала на затвора се различава от този, използван от канала. На практика ще намерите различни подобрения. Затворът се състои от пет области, вдлъбнати в канала. По-ниското напрежение може да контролира потока на тока. Което означава увеличаване на печалбата.

биполярен транзистор

Веригите използват обратното отклонение на p-n прехода, колкото по-силен е, толкова по-тесен е каналът за протичане на тока. При определена стойност на напрежението транзисторът е заключен. Правото отклонение е опасно за използване, тъй като мощна контролирана верига може да повлияе на веригата на портата. Ако кръстовището е отворено, ще тече голям ток, или a високо напрежение. Осигурен нормален режим правилният изборполярност и други характеристики на захранването, избор на работна точка на транзистора.

В някои случаи обаче умишлено се използват постоянни токове на затвора. Трябва да се отбележи, че този режим може да се използва от тези MIS транзистори, където субстратът образува p-n преход с канала. Движещият се заряд на източника се споделя между затвора и дренажа. Можете да намерите регион, където се получава значително усилване на тока. Режимът на затвора се контролира. С увеличаване на тока iz (до 100 μA), параметрите на веригата рязко се влошават.

Подобно включване се използва от веригата на така наречения детектор на честотата на портата. Дизайнът използва токоизправителните свойства на p-n прехода между гейта и канала. Наклонът напред е малък или напълно нулев. Устройството все още се управлява от тока на вратата. В дренажната верига се получава значително усилване на сигнала. Изправеното напрежение за гейта е блокиращо, променя се според входния закон. Усилването на сигнала се постига едновременно с детекцията. Напрежението на дренажната верига съдържа следните компоненти:

• постоянен компонент. Изобщо не е използван.
• Сигнал на носещата честота. Доставя се на земята с помощта на филтърни резервоари.
• Сигнал с честотата на модулиращия сигнал. Обработено за извличане на вградена информация.

Недостатъкът на честотния детектор на вратата се счита за голям коефициент на нелинейно изкривяване. Освен това резултатите са еднакво лоши за слаби (квадратична зависимост на работната характеристика) и силни (излизане в режим на прекъсване) сигнали. Малко по-добре се демонстрира от фазовия детектор на транзистор с двоен затвор. Към един управляващ електрод се подава референтен сигнал, а върху изтичането се формира информационен компонент, усилен от полеви транзистор.

Въпреки големите линейни изкривявания, ефектът намира приложение. Например, в селективни усилватели на мощност, дозирано преминаване на тесен честотен спектър. Хармониците се филтрират и нямат голям ефект върху цялостната работа на веригата.

Транзисторите метал-полупроводник (MeS) с бариера на Шотки почти не се различават от тези с p-n преход. Поне що се отнася до принципа на работа. Но поради специалните качества на прехода метал-полупроводник, продуктите могат да работят при повишена честота (десетки GHz, гранични честоти в района на 100 GHz). В същото време MeP структурата е по-лесна за изпълнение, когато става дума за производствени и технологични процеси. Честотни характеристикисе определят от времето за зареждане на затвора и подвижността на носителя (за GaAs над 10 000 sq. cm/V s).

MIS транзистори

В MIS структурите портата е надеждно изолирана от канала и управлението се осъществява изцяло поради действието на полето. Изолацията се извършва от силициев оксид или нитрид. Именно тези покрития се нанасят по-лесно върху кристалната повърхност. Трябва да се отбележи, че в този случай има и връзки метал-полупроводник в областите на източника и изтичането, както във всеки полярен транзистор. Много автори забравят за този факт или го споменават мимоходом, използвайки загадъчната фраза омични контакти.

В темата за диода на Шотки беше повдигнат този въпрос. На кръстовището на метал и полупроводник не винаги се появява бариера. В някои случаи контактът е омичен. Това зависи в по-голямата си част от характеристиките на технологичната обработка и геометричните размери. Спецификацииреалните устройства силно зависят от различни дефекти на оксидния (нитридния) слой. Ето няколко:

1. Несъвършенството на кристалната решетка в повърхностната област се дължи на скъсани връзки на границата на промяната на материалите. Влиянието се упражнява както от свободни атоми на полупроводника, така и от примеси като кислород, който във всеки случай присъства. Например, когато се използват методи на епитаксия. В резултат на това се появяват енергийни нива, които лежат дълбоко в зазора.
2. На границата между оксида и полупроводника (3 nm дебелина) се образува излишен заряд, чиято природа все още не е обяснена. Предполага се, положително свободни позиции(дупки) от дефектни атоми на самия полупроводник и кислород.
3. Дрейфът на йонизирани атоми на натрий, калий и други алкални метали възниква при ниски напрежения на електрода. Това увеличава заряда, натрупан на границата на слоя. За да се блокира този ефект в силициевия оксид, се използва фосфорен оксид (анхидрид).

FETНарича се полупроводниково усилващо устройство, чието съпротивление може да се промени под въздействието на електрическо поле. Промяната в съпротивлението се постига чрез промяна на електрическото съпротивление на полупроводниковия слой или чрез промяна на обема на полупроводника, през който преминава електрическият ток.

Полевите транзистори използват различни ефекти, като промяна на силата на звука Р-П- преход при промяна на блокиращото напрежение, действащо върху него; ефекти от изчерпване, обогатяване с носители на заряд или инверсия на типа проводимост в близкия до повърхността слой на полупроводника. БНТ понякога се наричат еднополюсен, тъй като протичащият през тях ток се дължи на носители само на един знак. Транзисторите с полеви ефекти също се наричат каналтранзистори, тъй като електрическото поле, което контролира работата на транзистора, прониква в полупроводника относително плитко и всички процеси протичат в тънък слой, т.нар. канал.

Контролната верига на полевия транзистор практически не консумира ток и мощност. Това прави възможно усилването на сигнали от източници с много високо вътрешно съпротивление и ниска мощност. В допълнение, това прави възможно поставянето на стотици хиляди транзистори на един чип с микросхема.

Полеви транзистори с управляващ pn преход

Полевият транзистор може да бъде направен под формата на полупроводникова плоча (с П-или Р-проводимост), в една от повърхностите на които е разтопен слой метал, т.нар затвор, образувайки плосък р-п-преход (фиг. 5.1). Изводите са прикрепени към долния и горния край на плочата, съответно т.нар източники източване.Ако блокиращо напрежение е приложено към портата (положително към П- включен затвор и негатив Р-затвор), след това в зависимост от стойността му в канала ( р-п-преход), се появява обеднен от носители на заряд слой, който на практика е изолатор.

Чрез промяна на напрежението на гейта от нула до някакво достатъчно голямо напрежение, т.нар прекъсващо напрежение (напрежение на изключване, или прагово напрежение, вижте фиг. 5.6), е възможно да се разшири обемът на полупроводника, зает от р-п-преход, че ще заеме целия канал и движението на носителите на заряд между сорс и дрейн ще стане невъзможно. Транзисторът ще се затвори напълно (фиг. 5.2).

За разлика от управляваните от ток биполярни транзистори, FETs се управляват от напрежение и тъй като това напрежение се прилага към управлението р-п- преход в обратната (блокираща) полярност, тогава токът в управляващата верига практически не тече (при напрежение 5 V управляващият ток не надвишава 10 -10 A).

Полеви транзистори с изолиран затвор

полеви транзистори с индуциран канал

На фиг. 5.3 показва полеви транзистор с изолиран затвор, наречен MIS транзистор. Това име се дължи на дизайна: портата е изработена от метал (M) и е отделена от тънък слой диелектрик (D) от полупроводника (P), от който е направен транзисторът. Ако транзисторът е направен от силиций, тогава като диелектрик се използва тънък слой от силициев оксид. В този случай името се променя на MOSFET(метал-оксид-полупроводник).

Показано на фиг. 5.3 отляво, транзисторът е направен на базата на плоча ( субстрати, или основания) от силиций с Р-проводимост. На повърхността на плочата се очертават две области с П-проводимост (източник и изтичане), разделени от площ П- канал с преобладаващ Р-проводимост. В резултат на това, когато се приложи напрежение към транзистора, токът няма да тече между източника и дренажа, тъй като връзките дренаж-база и източник-база образуват две гръб-с-гръб р-п-преход, единият от които ще бъде затворен при всяка полярност на приложеното напрежение.

Ако обаче повърхностният слой Р-полупроводник, който да действа с достатъчно силно електрическо поле чрез прилагане на напрежение с положителна полярност между гейта и основата, след което ще започне да тече ток между източника и дренажа. Това се обяснява с факта, че от повърхностния слой на полупроводника, разположен под портата, дупките ще бъдат изтласкани настрани от електрическото поле и електроните ще се събират, образувайки канал (с П-проводимост, показана на фиг. 5.3 с пунктирана линия), в резултат на което р-п-връзките източник към канал и канал към източник ще престанат да съществуват. Проводимост П-Каналът ще бъде толкова по-голям, колкото по-голямо е напрежението, приложено между портата и основата.

Транзисторът на разглеждания дизайн се нарича MIS транзистор с индуциран канал.

Базата обикновено е свързана към източника, но понякога напрежението се прилага към нея отделно и тогава базата действа като допълнителна врата.

Ако основата е направена от П-силиций, източникът и изтичането се образуват от силно легирани области с Р-проводимостта, а силициевият оксид се използва като изолатор, оказва се Индуциран p-канал MOSFET(с проводимост Р) (фиг. 5.3 вдясно).

полеви транзистори с вграден канал

MOSFET могат да бъдат направени с вграден канал. Например на фиг. 5.4 вляво е диаграма на устройството на такъв транзистор с П-канал. Основата е направена от Р-силиций, и източникът и изтичането имат П-проводимост и се получава чрез дифузионен метод. Източникът и дренажът са свързани чрез сравнително тънък канал с малко Р-проводимост.

Ако основата е направена от П-силиций и източник и изтичане - от Р-силиций, тогава транзисторът има вграден p-канал (фиг. 5.4 вдясно) .

работа П-канален MOSFET може да се обясни по следния начин. Ако към портата се приложи отрицателно (спрямо основата) напрежение, тогава електроните на проводимостта се изместват от П-канал към основата, като проводимостта на канала намалява, до пълно изчерпване и блокиране на канала .

Когато към портата се приложи положително напрежение П-каналът се обогатява с електрони и неговата проводимост се увеличава (фиг.5.6).

Класификация и характеристики на полеви транзистори

Полевите транзистори са обеднен и обогатен тип. Първите включват всички транзистори с r‑p- преход и П-канални MOSFET изтощен тип. Обогатените MOSFET се предлагат като П- канал и Р-канал (фиг. 5.5).

Транзисторите от обогатен и обеднен тип се различават само по стойността на т.нар прагово напрежение, получена чрез екстраполация на праволинейното сечение на характеристиката (фиг. 5.6.).

изходни характеристикиполеви транзистор се наричат ​​зависимостите на дрейновия ток от напрежението дрейн-сорс за различни напрежения гейт-сорс.

FET е много добро устройство по отношение на изходната проводимост - при постоянно напрежение порта-източник, изтичащият ток е почти независим от напрежението (освен в района на ниски напрежения изтичане-източник). На фиг. 5.7 показва типичните зависимости азот от u si за диапазон от стойности uзи.