Полевой транзистор (FET – field-effect transistor) – это транзистор, управляемый электрическим полем, и имеющий четыре электрода: затвор, сток, исток и подложку.
В современной электронике наиболее распространены полевые транзисторы с изолированным затвором и индуцируемым каналом, или так называемые МОП (металл – оксид – полупроводник) транзисторы. Иногда используют зарубежную аббревиатуру: MOSFET – metal-oxide-semiconductor FET. Эти транзисторы бывают двух типов: с p-каналом и n-каналом. Их условные обозначения приведены на рис. 2.10.
n-канал Сток p-канал Сток
Затвор
Подложка Затвор
Подложка
Исток Исток
Рис. 2.10. Условные графические обозначения и наименования электродов МОП транзисторов с индуцируемым каналом
Рассмотрим принцип работы полевого транзистора на основе МОП транзистора с n-каналом. Его внутренняя структура показана на рис. 2.11.
Рис. 2.11. Принцип работы МОП транзистора
Конструктивно такой транзистор состоит из полупроводника p-типа – подложки, в который внедрены две области n-типа – сток и исток. Между этими областями на поверхности подложки находится диэлектрик. Обычно это неорганическое стекло. Напомним, что стекло – это полуаморфный материал, получаемый путем расплава оксида кремния, бора, фосфора или других элементов. На поверхности диэлектрика располагается металлический электрод – затвор.
В исходном состоянии, когда напряжение между затвором и подложкой отсутствует, сопротивление между стоком и истоком велико из-за наличия обратносмещенных p-n переходов, и ток стока Iс отсутствует. При подаче положительного потенциала внешнего источника на затвор возникает электростатическое поле как в конденсаторе. Причем функцию обкладок такого конденсатора выполняют затвор и подложка. Под действием поля затвора неосновные носители заряда подложки (электроны) индуцируются, т. е. устремляются к поверхности диэлектрика. В результате этого образуется n-канал из свободных электронов, движущихся от истока к стоку, сопротивление между стоком и истоком снижается и ток стока возрастает. Соответственно, увеличение потенциала на затворе приводит к увеличению тока стока. Следовательно, такой транзистор управляется электрическим полем, а точнее, напряжением на затворе.
ВАХ МОП транзистора приведены на рис. 2.12.
Входная ВАХ Выходные ВАХ
Рис. 2.12. Вольт-амперные характеристики МОП транзистора
Входную ВАХ полевого транзистора часто называют стокозатворной характеристикой.
Основным параметром полевого транзистора является крутизна
S стоко-затворной характеристики. Она характеризует способность полевого транзистора усиливать ток и рассчитывается по формуле
S =
DDUIcзи при Uси = const. (2.4)
Основными преимуществами МОП транзисторов перед биполярными транзисторами являются очень низкая мощность, потребляемая по цепи управления, и возможность работать в выходной цепи с большими токами в несколько килоампер. Ток в цепи затвора МОП транзистора равен току утечки диэлектрика. Недостатками МОП транзисторов являются их повышенная чувствительность к электромагнитным полям и более низкое быстродействие, чем у биполярных транзисторов. Основная область применения МОП транзисторов – цифровые микросхемы, а также силовая электроника, где они используются в качестве электронных ключей.
Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor) – это транзистор, управляемый электрическим полем, но функционирующий по принципу биполярного транзистора. Он имеет три электрода: затвор, коллектор и эмиттер. Условное обозначение и схема замещения IGBT приведены на рис. 2.13.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.