Электронные приборы (активные элементы цепей), страница 8

Полевые транзисторы являются аналогом электронных ламп, пентодов. Тем не менее, им присущи почти все указанные преимущества биполярных транзисторов, кроме последнего. Крутизна полевых транзисторов практически такая же, как и для ламп (10 – 20  ма/в). Только для мощных транзисторов она достигает значения 0,1 а/в. Из указанных недостатков, они лишены первого, основного. Входное сопротивление полевых транзисторов велико и они вполне могут конкурировать с лампами.

Смещение управляющего перехода в прямом направлении нежелательно, поскольку входное сопротивление резко уменьшается и появляется ток в управляющей цепи. Теряется основное преимущество полевого транзистора, перед биполярным.

5.5.1.  МДП или МОП транзисторы.

Это полевые транзисторы с изолированным затвором. Сокращение МДП (МОП, английский термин MOS) отражает структуру затвора – металл, диэлектрик (или окисел, как диэлектрик), полупроводник. Никакого  p – n перехода в транзисторе теперь вообще нет. Ток затвора практически отсутствует при любой полярности управляющего напряжения. Входное сопротивление огромно (10 ⁶ Ом и больше). Всё остальное, как в обычном полевом транзисторе. Электрическое поле затвора управляет сопротивлением канала.

Рассмотрим транзистор со встроенным  n – каналом. На подложке пп p – типа образована вся структура транзистора, рис. 5.22. Подложкой называют проводящую область пп (участок поверхности кристалла), имеющую некоторый постоянный потенциал. Часто подложка имеет отдельный вывод. Если на исток подать положительный потенциал по отношению к подложке, то  n – области истока, стока и канала образуют с подложкой закрытый  p – nпереход. Поэтому токи на подложку при грубом анализе обычно не учитывают.

При нулевом напряжении на затворе канал нормально функционирует, ток в основной цепи течёт. С увеличением напряжения на затворе, концентрация электронов в канале будет возрастать (режим обогащения канала). Сопротивление канала уменьшается, ток растёт. Если подать на затвор отрицательный потенциал, то развивается обратный процесс. Электрическое поле теперь будет вытеснять электроны из канала, что приведёт к уменьшению их концентрации (режим обеднения). Сопротивление канала растёт, ток уменьшается. При определённом напряжении канал можно перекрыть совсем. Типичное семейство проходных характеристик МДП транзистора изображено на рис. 5.23а. Общий характер зависимостей, практически, не изменился, по сравнению с изображёнными ранее (рис. 5.20). Сместилась только рабочая область, поскольку стала возможной работа и при положительных смещениях затвора.

Несколько позже появились МДП транзисторы с индуцированным каналом. Принцип их работы можно уяснить, используя снова рис. 5.22. Отличие от рассмотренного варианта транзистора состоит в том, что в исходном состоянии никакого канала между областями истока и стока нет. Ток в основной цепи отсутствует (структура npn, два встречных перехода). Ток может появиться только тогда, когда между областями истока и стока возникнет канал n – типа. Это произойдёт, если мы подадим на затвор достаточный положительный потенциал. Тогда электрическое поле оттеснит основные носители подложки (дырки) от диэлектрика, а неосновные – электроны, притянет. Под диэлектриком возникнет инверсионный слой n – типа, который и образует канал. В основной цепи появится ток. Проходные характеристики такого транзистора изображены на рис. 5.23б. Всё семейство сместилось в область положительных напряжений на затворе. Выходные характеристики МДП транзисторов очень похожи на характеристики обычных полевых. Схемные обозначения таких транзисторов приведены на рис. 5.24.

МДП транзисторы с индуцированным каналом оказались самыми экономичными. Они находят чрезвычайно широкое применение в цифровых интегральных микросхемах с большой степенью интеграции, где они работают как электронные ключи.

Инерционные свойства всех транзисторов, как и ламп, определяются временем заряда внутренних ёмкостей и временем прохода (пролёта) заряженных частиц в приборе.