Uk3, а выходные - зависимость /к=/(кэ) при фиксированных значениях h. Семейства этих характеристик приведены на рис. 15-6, а, б. Выходной ток в схеме с ОЭ зависит от коллекторного напряжения, вследствие чего характеристики имеют больший наклон в области /кэ<0, чем аналогичные характеристики в схеме ОБ.

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы представляют собой полупроводниковые приборы, ток в которых обусловлен дрейфом основных носителей заряда под действием продольного электрического поля. Управление током в таком приборе осуществляется за счет изменения проводимости полупроводника с помощью поперечного электрического поля.

В настоящее время получили применение две основные разновидности полевых транзисторов: транзисторы с управляющим р-п переходом и транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы); схемные обозначения и графики вольт-амперных характеристик /с=/(£/зи) сведены в таблицу и приведены на рис. 15-7. На рис. 15-8 дана упрощенная структура полевого транзистора с управляющим р-п переходом. В исходной пластине полупроводника п-типа на противоположных сторонах методом сплавления (или диффузии) вводятся акцепторные примеси, чтобы образовались области р-типа. Между областями с противоположным типом проводимости образуется р-п переход. Область п-типа, заключенная

между двумя р-п переходами, образует проводящий канал.

Область, от которой начинают движение основные носители в канале, получила название истока, область, к которой движутся основные носители в канале, называется стоком. Области р-типа, используемые для управления током в канале, образуют затвор. В соответствии со сказанным внешние электроды-выводы получили аналогичные названия.

Между затвором и истоком подается напряжение такой полярности, чтобы оно создавало обратное смещение р-п перехода, а напряжение между стоком и истоком имеет такую полярность, чтобы основные носители двигались от истока к стоку. Механизм управления током в транзисторе заключается б следующем. Как известно из теории р-п перехода [15-3], при увеличении обратного смещения на переходе t/зи область обедненного слоя будет расширяться и распространяться в область полупроводника п-типа, поскольку для основных носителей в слоях всегда соблюдается условие Рр>Пп. Так как в обедненном слое практически отсутствуют свободные носители заряда, то электрический ток может быть только в проводящем канале, расположенном между обедненными слоями. Изменяя напряжение t/зв, можно изменять поперечное сечение проводящего канала, т. е. его проводимость, а следовательно, управлять током транзистора. Другими словами, полевой транзистор можно рассматривать как управляемое сопротивление. Если напряже-

Тип транзистора

С каналом п-типа

Полярность напряжений.

Вольт-ампврная характеристика

С каналом р-типа

Полярность напряжений

Вольт-ампврная трактвристака

С цпраёлявтш. Р-п. переходом

. ММП со Встроенным каналом

дуциробан-м каналом

Рис. 15-7. Схемные обозначения и графики вольт-амперных характеристик =f (зи полевых транзисторов.

ние UsK будет достаточно велико, то произойдет смыкание обедненных областей и ток транзистора станет равным нулю. Напряжение Uo, при котором происходит перекрытие канала, называется напряжением отсечки. При нулевом напряжении на за-

Рис. 15-8. Упрощенная структура полевого транзистора (с каналом п-типа) с управляющим р-п переходом.

Полевые транзисторы с изолированным затвором имеют структуру металл - диэлектрик - полупроводник (МДП-транзис-торы). Схематически такая структура представлена на рис. 15-10. МДП-транзнсторы могут изготавливаться либо на полупроводниковой, либо на диэлектрической подложке. В рассматриваемом случае подложкой служит кремний п-типа. Путем окисления кремния на поверхности подложки образуется тонкий изолирующий слой диэлектрика из двуокиси кремния ЗГОг- Через специальные отверстия в диэлектрике методом диффузии в подложке создаются две области с противоположным типом проводимости, т. е. р-типа. Между областями р и п образуются два р-п перехода. Одна из р-областей используется в качестве стока, а другая - истока. Подложку (ее вывод) обычно соединяют с истоком. Полярности приложенных напряжений при

Область пробоя

О Ucu.= Uj-Vo Uca=Uo

Рве. 15-9. Стоко-затворная (а) и выходные (б) характеристики транзистора с управляющим р-п переходом.

творе (т. е. затвор - исток закорочены) ток транзистора максимальный, /со - ток насыщения стока (рис. 15-9, а)-практически не зависит от напряжения t/св.

Последнее объясняется тем, что в рабочем режиме канал не является эквипотенциальным слоем, вследствие того что ток стока вызывает падение напряжения в самом канале, которое создает дополнительное обратное смещение на управляющем р-п переходе. Это способствует уменьшению проводимости канала, в результате чего увеличение напряжения Lch не сопровождается пропорциональным увеличением тока стока (рис. 15-9,6). Более того, когда суммарное напряжение на р-п переходе I t-sH I-Ь 1/.си I достигает /.о, канал почти перекрывается и при дальнейшем увеличении напряжения Lch ток стока остается практически неизменным, как показано на рис. 15,9,6.

Ток насыщения /ео и напряжение отсечки Lo зависят от геометрии прибора, физических параметров полупроводника и распределения примесей в канале.

нормальном включении транзистора показаны на рис. 15-7. При напряжении Изк=0 ток стока будет пренебрежимо мал (ток утечки), так как стоковый р-п переход ока-

Рес. 15-10. Структура МДП-транзистора.

зывается смещенным в обратном направлении.

При подаче на затвор отрицательного смещения относительно истока электроны.

находящиеся в подложке на границе с диэлектриком, вытесняются в глубь полупроводника и в поверхностном слое подложки образуется проводящий канал р-типа. От подложки канал отделен изолирующим р-п переходом (обедненным слоем), смещенным в обратном направлении. Важно отметить, что канал индуцируется только при некотором пороговом значении напряжения t/nop. Увеличение напряжения на затворе, т. е. при lt.3H>t-nop, приводит к

Рис. 15-11. Стоко-за-творные характеристики МДП-транзи-стора с индупирован-ным и встроенным каналами.

увеличению концентрации подвижных носителей - дырок в канале, и ток стока возрастает. В результате стоко-затворная вольт-амперная характеристика МДП-тран-зистора с индуцированным каналом будет иметь вид, показанный на рис. 15-11 (кривая /).

Помимо МДП-транзисторов с индуцированным каналом изготавливаются МДП-транзисторы со встроенным каналом. Встроенный канал можно получить, например, путем диффузии примесей в подложку.

В отличие от предыдущего в транзисторе со встроенным каналом ток стока не равен нулю при нулевом смещении на затворе (рис 15-11, кривая 2). При подаче на затвор транзистора с каналом р-типа отрицательного смещения возрастает концентрация дырок в канале (режим обогащения) и ток стока увеличивается. При положительном смещении на затворе (режим обеднения) ток уменьшается и при напряжении отсечки Lo становится равным нулю.

Стоковые характеристики МДП-транзисторов по виду подобны аналогичным характеристикам транзисторов с управляющим р-п переходом.

В отличие от биполярного транзистора полевой транзистр управляется напряжением и характеризуется (аналогично электронной лампе) следующей системой дифференциальных параметров:

крутизной характеристики

I А1/зи /

const;

коэффициентом усиления транзистора внутренним сопротивлением транзисто-

Перечисленные параметры связаны между собой соотношением

Дифференциальные параметры транзистора приближенно можно определить из его статических характеристик.

Важным низкочастотным дифференциальным параметром полевого транзистора является входное сопротивление

(7си = const.

А/.я

где ток затвора Is для транзистора с р-п переходом определяется обратной вольт-амперной характеристикой р-п перехода. Сопротивление /-ВХ таких транзисторов составляет 10*-10 Ом. Для МДП-транзисторов входное сопротивление определяется сопротивлением слоя диэлектрика и может достигать 10-10 Ом.

Полевые транзисторы подвержены влиянию температуры в меньшей степени, чем биполярные.

Полевые транзисторы аналогично биполярным могут включаться тремя различными способами: по схеме с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (03). Обычно схема с общим затвором самостоятельного применения не имеет, а используется в качестве составной части более сложных схем (каскадов).

Эквивалентные схемы биполярных транзисторов

Для расчета транзисторных устройств применяются эквивалентные схемы, приведенные на рис. 15-12, а, б. На рис. 15-12, а приведена эквивалентная схема при эмиттер ном управлении (схема ОБ). Здесь эмиттерный и коллекторный переходы представлены в виде диодов, вольт-амперные характеристики которых описываются выражениями

.3.= /3oU -i);

где ho, /ко - тепловые токи изолированных переходов; фт=/гГ/е - температурный потенциал при 20° С, равный 0,026 В.

Передача тока из эмиттера в коллектор и наоборот учитывается в эквивалентной схеме с помощью двух источников тока дг/э и Кг/к, где ан и а,- - коэффициенты передачи токов соответственно эмиттера в коллектор и коллектора в эмиттер. Таким образом, диоды и источники тока моделируют процессы переноса заряда в базе транзистора. Дополнительные объемные сопротивления rsn, Гки, гв, введенные в схему, учитывают падения напряжения в толще полупроводника в соответствующей области. В Отдельных случаях в схему вводятся сопротивления утечки, шунтирующие р-п переходы (на рис. 15-12 отсутствуют).