Полевой транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом

При напряжении между затвором и истоком равным нулю у МДП–транзистора с индуцированным каналом (рис.3) отсутствует проводящий канал между областями стока и истока.

рис.3

Подложка транзистора с индуцированным каналом р – типа представляет собой слаболегированный кремний n – типа, а сток и исток - сильнолегированные области р⁺ – типа. Металлический затвор отделен от кристалла тонким слоем изолятора. Пока на затвор не по­дано отрицательное напряжение относительно истока, выходной ток I_Cблизок к нулю. Действительно, независимо от полярности прило­женного между стоком и истоком напряжения, один из р-п– переходов (истоковый или стоковый) окажется запертым, и выходной ток будет определяться обратным током запертого перехода и током утечки. При подаче на затвор отрицательного напряжения вследствие эффекта поля поверхностный слой полупроводника, лежащий под затвором, окажется обогащенным дырками. Когда концентрация дырок превысит концентрацию электронов, поверхностный слой полупроводника изменит свою электропроводность с электронной на дырочную, в результате p – области стока и истока окажутся замкнутыми тонким каналом полупроводника с электропроводностью того же типа. Чем больше будет отрицательное напряжение между затвором и истоком, тем сильнее будет обогащен канал дырками и тем выше будет проводимость индуцированного под влиянием эффекта поля канала. Следовательно, МДП–транзисторы с индуцированным каналом работают в режиме обогащения.

Способы включения полевых транзисторов. Основные параметры.

Полевые транзисторы аналогично биполярным могут быть включены тремя различными способами: по схеме с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ).

На рис.4 показано семейство выходных характеристик транзистора с управляющим p-n – переходом включенного по схеме с ОИ: I_C =I_C(U_СИ)при U_ЗИ=const. Выходные характеристики с изолированным затво­ром имеют такой же вид.

В таблице1 приведены схемные обозначения и графики переда­точных (проходных) характеристик полевых транзисторов всех возмож­ных типов при их включении с ОИ.Вид характеристики I_C =I_C(U_ЗИ) при U_СИ=const определяется типом электропроводности и режи­мом работы (обеднения, обеднения и обогащения, обогащения) кана­ла транзистора.

В отличие от биполярного транзистора полевой транзистор управляется не током, а напряжением, поэтому его свойства могут быть представлены системой дифференциальных параметров, аналогич­ных параметрам электронной лампы: крутизной S, внутренним сопротивлением и статическим коэффициентом усиления .

Крутизна передаточной характеристики

(1)

показывает, на сколько миллиампер изменится ток стока при изменение напряжения на затворе на 1В.

Внутреннее сопротивление транзистора:

(2)

Это дифференциальное внутреннее сопротивление транзистора переменной составляющей тока стока.

Статический коэффициент усиления

(3)

показывает во сколько раз изменение напряжения на затворе сильнее влияет на ток стока, чем напряжение на стоке. Знак “-” показывает, что для компенсации изменения тока стока, вызванного приращением напряжения на затворе , надо стоковому напряжению дать приращение , противоположное по знаку .

Ток стока полевого транзистора является функцией двух аргументов U_СИ и U_ЗИ. Поэтому полный дифференциал тока стока равен:

(4)

Из (1), (2), (3), (4) следует, что:

(5)

Дифференциальные параметры транзистора приближённо легко определить, используя семейства его статических характеристик: выходных и передаточных.

Важным низкочастотным дифференциальным параметром полевого транзистора является входное сопротивление:

(6)

где ток затвора I_З для транзистора с p-n – переходом определяется обратной вольт-амперной характеристикой p-n – перехода. Сопротивление R_ВХ таких транзисторов составляет 10⁶-10⁹Ом. Для МДП–транзисторов входное сопротивление зависит от толщины слоя диэлектрика и может достигать 10⁹-10¹⁴Ом.

Кроме высокого входного сопротивления полевые транзисторы обладают ещё одним большим достоинством: их параметры в меньшей степени, чем параметры биполярных транзисторов, зависят от темпе­ратуры.

Полевые транзисторы с p-n – затвором используются в усилителях (рис.5). Кроме источника сигнала в цепь затвора включена батарея смещения. Напряжение стока при наличии нагрузочного сопротивления равно:

(7)

	Рис.5.

Так как R_Н<<R_i, коэффициент усиления по напряжению находится по формуле:

(8)

Знак минус в этой формуле указывает, что переменная составляющая напряжения стока имеет противоположную фазу по сравнению с вход­ным сигналом.