logo

Главная Полупроводниковые приборы Полевые транзисторы (ПТ) Усиление в МДП-транзисторах

Принцип усиления сигналов в полевых транзисторах с изолированным затвором (МДП-транзисторы)

Печать
Схемотехника - Схемотехника и конструирование схем

 

Усиление электрических сигналов в МДП-транзисторах оказывается несколько более сложным процессом по сравнению с полевыми транзисторами с управляющим переходом. Однако все принципы (влияние слабого сигнала на мощный поток зарядов) остаются прежними. Рассмотрим для начала МДП-транзистор со встроенным каналом.

На рис. 2-1.6 показана схема, в которой на выводы стока и истока МДП-транзистора со встроенным каналом \(n\)-типа подано достаточно большое напряжение от внешнего мощного источника питания плюсом к стоку и минусом к истоку. В результате в полупроводниковой структуре возникает поток электронов от истока к стоку. Он протекает через достаточно узкую дорожку (канал) из полупроводника \(n\)-типа, встроенную в массивную подложку \(p\)-типа и соединяющую \(n\)-области стока и истока.

 

Схема подачи напряжений на МДП-транзистор со встроенным каналом n-типа для обеспечения режима усиления

Рис. 2-1.6. Схема подачи напряжений на МДП-транзистор со встроенным каналом \(n\)-типа для обеспечения режима усиления

 

Очень близко к каналу (но не имея с ним электрического контакта) расположен металлический затвор. Если теперь мы приложим к затвору транзистора некоторое незначительное по величине и положительное относительно истока напряжение (рис. 2-1.6), то ситуация несколько изменяется. Положительный потенциал затвора будет создавать в полупроводниковой структуре приповерхностное электрическое поле, которое окажет влияние на величину проводимости канала. Поскольку поле положительное, в структуре возникает эффект подталкивания движения электронов от истока через канал к стоку, т.е. ток через канал будет расти. Здесь уместно вспомнить, как при описании биполоярных транзисторов мы рассматривали аналогичный в чем-то эффект — подталкивание электронов разностью потенциалов на эмиттерно-базовом \(p\)-\(n\)-переходе увеличивало их поток, достигающий следующего за базой коллектора. Однако МДП-транзистор со встроенным каналом отличается от обычного биполярного транзистора тем, что ток в канале здесь существует уже при нулевом напряжении затвора. Более того, мы можем прикладывать к затвору не только положительное относительно истока напряжение, но и отрицательное (рис. 1.6). При этом отрицательное приповерхностное электрическое поле будет отталкивать электроны, препятствуя их прохождению через \(n\)-канал от истока к стоку, ток через канал будет падать и при достижении отрицательным напряжением на затворе некоторого уровня (напряжение отсечки) совсем прекратится.

Заметим, что поскольку затвор полностью изолирован от основной полупроводниковой структуры, ток через него почти не течет, что означает возможность использования рекордно маломощных источников сигнала для управления МДП-транзистором. Таким образом, мы имеем очень слабый ток в цепи сток—затвор (обусловлен токами утечки и емкостной связью) и сильный управляемый ток в цепи сток—исток транзистора. Повышая напряжение на участке исток—затвор транзистора, мы будем увеличивать мощность потока электронов, при этом токи в цепях будут соответственно расти. Понижая это напряжение, мы будем уменьшать мощность потока электронов, а токи в цепях будут падать.

Мы описали работу полевого МДП-транзистора со встроенным каналом \(n\)-типа. Для \(p\)-канальных приборов все выглядит совершенно аналогично. Только здесь мы должны рассматривать не потоки электронов, а потоки положительных зарядов — дырок. При этом полярности всех внешних напряжений меняются на обратные. Других отличий нет.

Работа МДП-транзистора с индуцированным каналом очень похожа на работу МДП-транзистора со встроенным каналом. Главное отличие здесь в том, что в таком МДП-транзисторе нет физически встраиваемого участка с соответствующим типом проводимости, соединяющего области истока и стока. Это значит, что при подаче на сток и исток данного транзистора некоторого внешнего напряжения потоки зарядов в структуре отсутствуют — ток в цепи не протекает.

Рассмотрим далее рис. 2-1.7. Он соответствует \(p\)-канальному МДП-транзистору с индуцированным каналом (подложка \(n\)-типа). Заметим, что мы преднамеренно стали рассматривать прибор именно такого типа проводимости. Дело в том, что \(n\)-канальные МДП-транзисторы с индуцированным каналом из-за ряда физических эффектов и технологических причин практически не используются.

 

Схема подачи напряжений на МДП-транзистор с индуцированным каналом p-типа для обеспечения режима усиления

Рис. 2-1.7. Схема подачи напряжений на МДП-транзистор с индуцированным каналом \(p\)-типа для обеспечения режима усиления

 

Как видно из рис. 2-1.7, мы прикладываем достаточно большое напряжение от внешнего мощного источника питания минусом к стоку и плюсом к истоку. Если одновременно мы приложим к затвору транзистора некоторое отрицательное относительно истока напряжение, то происходит следующее. Отрицательный потенциал затвора создает в полупроводнике приповерхностное электрическое поле, которое оказывает влияние на некоторую незначительную область подложки, лежащую непосредственно под затвором между областями стока и истока. Поскольку поле отрицательное, в структуре возникает эффект подталкивания движения положительных зарядов (дырок) от истока через подвергшуюся воздействию электрического поля область (индуцированный канал) к стоку, т.е. начинается протекание тока от истока к стоку. Все остальное происходит совершенно аналогично тому, как это было при рассмотрении МДП-транзисторов со встроенным каналом. Очевидно, однако, что поток зарядов в индуцированном канале может существовать только при одной определенной полярности напряжения на затворе, а не при разных, как для встроенного канала.

Итак, оказывается, что в МДП-транзисторе можно создать сильный электрический ток в цепи "сток — исток — внешний мощный источник питания" при сверхслабом токе в цепи "сток — затвор — маломощный источник сигнала". Причем данное слабое воздействие на затвор оказывает управляющее действие на ток в сток-истоковой цепи. Если далее в стоковую или истоковую цепь транзистора (рис. 2-1.6, 2-1.7) включить некоторое сопротивление (нагрузку), то окажется, что ток и напряжение на нем повторяют форму входного сигнала на затворе транзистора, но мощность подаваемая на него, гораздо выше мощности входного сигнала, т.е. происходит усиление.

У МДП-транзисторов всех типов потенциал подложки относительно истока оказывает заметное влияние на характеристики и параметры транзистора. Это обусловлено влиянием подложки на проводимость канала, т.е. подложка может выполнять функции затвора. Напряжение на подложке относительно истока должно иметь такую полярность, чтобы \(p\)-\(n\)-переход исток—подложка был смещен в обратном направлении. При этом \(p\)-\(n\)-переход канал—подложка действует также, как затвор для транзистора с управляющим \(p\)-\(n\)-переходом. Естественно, в транзисторах с внутренним соединением истока с подложкой данный эффект не может проявляться.

 

 

 

Конструирование схем




Все права защищены © 1997-2011 Перепечатка возможна только по согласованию с владельцем авторских прав. admin@club155.ru

Яндекс.Метрика               Сервер радиолюбителей России - схемы, документация,

 соревнования, дипломы, программы, форумы и многое другое!   схемы новости электроники