Scrigroup - Documente si articole

     

HomeDocumenteUploadResurseAlte limbi doc
BulgaraCeha slovacaCroataEnglezaEstonaFinlandezaFranceza
GermanaItalianaLetonaLituanianaMaghiaraOlandezaPoloneza
SarbaSlovenaSpaniolaSuedezaTurcaUcraineana

įstatymaiįvairiųApskaitosArchitektūraBiografijaBiologijaBotanikaChemija
EkologijaEkonomikaElektraFinansaiFizinisGeografijaIstorijaKarjeros
KompiuteriaiKultūraLiteratūraMatematikaMedicinaPolitikaPrekybaPsichologija
ReceptusSociologijaTechnikaTeisėTurizmasValdymasšvietimas

LAUKO TRANZISTORIAI

elektra



+ Font mai mare | - Font mai mic



DOCUMENTE SIMILARE

LAUKO TRANZISTORIAI

Lauko tranzistoriuose (angl.: FET – field effect transistor) srovę kuria specialiai sudaryto kanalo pagrindiniai krūvininkai. Kadangi srovę lemia vieno ženklo krūvininkai, šie tranzistoriai dar vadinami vienpoliais tranzistoriais. Kanalo laidumą ir juo tekančią srovę valdo statmenas srovės krypčiai elektrinis laukas.




Lauko tranzistoriaus n arba p kanalo (angl. – channel) gale sudaromi du elektrodai. Elektrodas, per kurį į kanalą patenka pagrindiniai krūvininkai, vadinamas ištaka (source). Elektrodas, per kurį pagrindiniai krūvininkai išteka, vadinamas santaka (drain). Kanale tekančią srovę valdo trečiojo tranzistoriaus elektrodo – užtūros (gate) – įtampa.

Pagal užtūros tipą lauko tranzistoriai skirstomi į lauko tranzistorius su valdančiosiomis pn sandūromis (sandūrinius lauko tranzistorius) ir lauko tranzistorius su izoliuotąja užtūra. Pastarieji tranzistoriai yra MDP arba MOP tranzistoriai. MDP tranzistoriai būna su indukuotuoju kanalu arba su pradiniu kanalu. Pagal kanalo veikos pobūdį jie skirstomi į praturtintosios veikos lauko tranzistorius ir nuskurdintosios veikos lauko tranzistorius. Taigi yra daug lauko tranzistorių atmainų. Jas atspindi 1 paveikslas, kuriame atvaizduoti lauko tranzistorių grafiniai žymenys.

Aptarsime lauko tranzistorių sandarą, veikimą, ekvivalentines grandines, savybes.

1. Sandūriniai lauko tranzistoriai

Lauko tranzistoriaus su dviem valdančiosiomis pn sandūromis ir n kanalu sandara atvaizduota 2 pa­veiksle. Tranzistoriui panaudotas n puslaidininkio lustas, kuriame sudarytos dvi p sritys. Tarp pn sandūrų esanti n sritis yra tran­zistoriaus kanalas. Prie jo galų prijungti ištakos ir santakos elektrodai. Užtūros vaidmenį atlieka p sritys.

Nagrinėkime 2 paveiksle at­vaizduotą lauko tranzistorių, įjungtą pagal bendrosios ištakos schemą. Tranzistoriaus veikimas pagrįstas tuo, kad kanalo storis ir jo skerspjūvio plotas priklauso nuo valdančiosios įtampos , veikiančios tarp užtūros ir ištakos. Įtampa sandūroms yra atgalinė. Didėjant šiai įtampai, pn sandūros plečiasi, kanalo storis mažėja (3 pav., a), o jo varža – didėja. Jeigu tarp santakos ir ištakos veikia įtampa, tai, didėjant kanalo varžai, silpnėja juo tekanti srovė. Taigi užtūros įtampa gali valdyti tranzistoriaus kanalo srovę. Siekiant, kad srovė būtų efektyviau valdoma, priemaišų koncentracija kanale parenkama daug mažesnė nei priemaišų koncentracija užtūros srityje.

Kanalo storis išreiškiamas formule:

; (1)


čia – n srities storis, – pn sandūros storis n srityje, išreiškiamas (4.48) formule.

Jeigu , tai (4.48) formulė tampa paprastesnė. Tada

; (2)

čia – įėjimo įtampos absoliutinė vertė – valdančiųjų sandūrų atgalinė įtampa.

Jeigu įtampa didėja, kanalas plonėja. Kai ši įtampa pasiekia vadinamąją atkirtos įtampą , sandūros susiliečia, kanalas išnyksta, ir srovė tarp ištakos ir santakos nebeteka. Laikydami, kad , iš (2) formulės gauname:

. (3)

Pasinaudodami (2) ir (3) formulėmis, galime gauti tokią kanalo storio išraišką:

. (4)

Taigi užtūros įtampa valdo kanalo storį, kanalo varžą ir santakos srovę (4 pav., a).


Jei įtampa tarp užtūros ir ištakos neveikia (), o įtampa tarp santakos ir ištakos nedidelė, tranzistoriaus kanalą galima nagrinėti kaip ominę varžą. Tada, jei didėja įtampa , tranzistoriaus kanalu tekanti srovė tiesiškai stiprėja. Kita vertus, jeigu didėja įtampa , tai didėja atgalinė valdančiosios pn sandūros įtampa kanalo gale prie santakos. Todėl šiame kanalo gale didėja pn sandūros storis, plonėja kanalas ir didėja jo varža. Veikiant įtampai , prie santakos pn sandūros susiliečia (3 pav., b), kanalo varža labai padidėja. Tada, kylant išėjimo įtampai, santakos srovė beveik nebestiprėja – per tranzistorių teka soties srovė (4 pav., b). Taigi įtampos prieaugis krinta nuskurdintajame sluoksnyje tarp santakos ir kanalo. Dėl šios įtampos nuskurdintajame sluoksnyje susidaro elektrinis laukas. Kanalu tekant srovei, šis elektrinis laukas pagauna priartėjusius prie nuskurdintojo sluoksnio elektronus ir perneša juos prie santakos. Labai padidėjus išėjimo įtampai, tranzistoriaus išėjimo srovė pradeda stiprėti dėl pn sandūrų pramušimo.

Iš aptarimo matyti, kad tranzistoriaus išėjimo srovė priklauso nuo įėjimo ir išėjimo įtampų. Lauko tranzistoriaus srovę valdo ne įėjimo srovė, kaip dvipoliame tranzistoriuje, o įėjimo įtampa. Galimos kelios sandūrinio lauko tranzistoriaus būsenos: uždaroji, ominės veikos, soties ir pramušimo. Sandūrinio lauko tranzistoriaus įėjimo grandinėje yra uždara pn sandūra. Todėl jo įėjimo varža didelė – megaomų eilės.


Kadangi įjungto pagal bendrosios ištakos schemą lauko tranzistoriaus įėjimo srovė silpna, tranzistoriaus savybėms nusakyti pakanka vienos voltamperinių charakteristikų šeimos, vaizduojančios kaip tranzistoriaus išėjimo srovė priklauso nuo įėjimo įtampos ir išėjimo įtampos . Praktikoje naudojami du lauko tranzistorių statinių voltamperinių charakteristikų tipai – perdavimo charakteristikos ir išėjimo charakteristikos .

Perdavimo charakteristikos (5 pav., a) vaizduoja, kaip tranzis­toriaus santakos srovė priklauso nuo įėjimo įtampos, Kreivių pa­rametras – išėjimo įtampa . Išėjimo charakteristikos (5 pav., b) vaizduoja, kaip tranzistoriaus išėjimo srovė priklauso nuo išėjimo įtampos. Išėjimo charakteristikų parametras – įėjimo įtampa .

Silpnų virpesių stiprintuvų grandinėse sudaromos sandūrinių lauko tranzistorių soties veikos sąlygos. Tada santakos srovė priklauso nuo įėjimo įtampos. Atsižvelgiant į tai, kad link santakos kanalas siaurėja, įrodoma, kad soties sąlygomis santakos srovės pri­klausomybę nuo įėjimo įtampos galima aproksimuoti formule:

; (5)

čia – santakos srovė, kai .

Kita vertus, iš 5 paveikslo matyti, kad net soties veikos sąlygomis, didėjant išėjimo įtampai, išėjimo srovė šiek tiek stiprėja. Taip yra todėl, kad soties sąlygomis, didėjant išėjimo įtampai, plečiasi valdančiosios pn sandūros, trumpėja kanalas ir mažėja jo varža.

Taigi aptarėme sandūrinio lauko tranzistoriaus veikimą, kai jis įjungtas pagal bendrosios ištakos schemą. Kartais elektrinėse grandinėse lauko tranzistoriai veikia įjungti pagal bendrosios santakos ar bendrosios užtūros schemas.

Praktinė planariojo sandūrinio lauko tranzistoriaus (angl.: JFET – junction FET) struktūra atvaizduota 6 paveiksle, a. Ji gali būti sudaryta epitaksine-difuzine technologija. Ant p silicio pagrindo sudarius epitaksinį n silicio sluoksnį, terminės priemaišų difuzijos būdu sudaromos lokaliosios p+ ir n+ sritys. Tranzistoriaus kanalo vaidmenį atlieka n epitaksinis sluoksnis, esantis tarp p užtūros ir p pagrindo. Pagrindą P galima panaudoti kaip antrąją užtūrą. Jeigu jis sujungiamas su užtūra G, gaunamas sandūrinis lauko tranzistorius su dviem valdančiosiomis pn sandūromis.

Pagal sandarą ir veikimą sandūriniams lauko tranzistoriams artimi metalo-puslaidininkio struktūros lauko tranzistoriai (angl.: MESFET – metal-semiconductor FET). Galio arsenido metalo-puslaidininkio lauko tranzistoriaus sandara atvaizduota 6 paveiksle, b. Tran­zistoriaus pagrindui panaudotas silpnai legiruotas galio arsenidas. Jį galime laikyti dielektriku. Ant pagrindo užaugintas plonas (mikrometro dalių storio) epitaksinis n galio arsenido sluoksnis. Ant šio sluoksnio sudaryti ištakos ir santakos metaliniai elektrodai. Tarp šių elektrodų ir epitaksinio sluoksnio susidaro ominiai kontaktai. Užtūros elektrodui panaudota tokia medžiaga, kad tarp užtūros elektrodo ir epitaksinio sluoksnio susidaro Šotkio barjeras. Veikiant užtūros įtampai, nuskurdintasis sluoksnis po užtūros elektrodu storėja, o kanalas plonėja. Taigi metalo-puslaidininkio lauko tranzistorius yra nuskurdintosios veikos Šotkio lauko tranzistorius.

Vienas svarbiausių lauko tranzistoriaus parametrų yra perdavimo charakteristikos statumas. Iš 5 paveikslo, a, matyti, kad jis didėja stiprėjant per tranzistorių tekančiai srovei. Tačiau tranzistoriaus darbo tašką reikia parinkti taip, kad, veikiant įėjimo įtampai, jo sandūros liktų uždaros. Taigi galimybės parinkti stipresnę santakos srovę ir gauti didesnį statumą yra ribotos. Pavojaus, kad užtūra atsivers, nebūna, jeigu tarp jos ir kanalo yra ne pn sandūra, o dielektriko sluoksnis.

2. MOP tranzistoriai

MOP tranzistoriuose (angl.: MOSFET – metal-oxide-semicon­ductor FET) tarp kanalo ir užtūros yra oksido sluoksnis. Tranzistorių veikimas pagrįstas lauko efektu MOP darinyje. Panaudojamos dvi šių lauko tranzistorių atmainos: tranzistoriai su pradiniu kanalu ir tranzistoriai su indukuotuoju kanalu.

Pradinio kanalo MOP tranzistoriaus sandara atvaizduota 7 pa­veiksle. Tranzistoriui panaudotas p silicio pagrindas. Jame sudarytos lokaliosios n sritys, prie kurių prijungti ištakos ir santakos išvadai. Tarp jų sudarytas silpnai legiruotas n kanalas. Ant jo yra dielektrinis silicio dioksido sluoksnis ir metalinis užtūros elektrodas. Tranzistoriaus pagrindas dažniausiai esti sujungtas su ištaka.


Kai tranzistorius įjungtas pagal bendrosios ištakos schemą, veikiant santakos-ištakos įtampai , sudarytu pradiniu kanalu gali tekėti srovė. Jeigu prijungiama teigiama užtūros įtampa (), į kanalą iš ištakos ir santakos sričių įtraukiami elektronai. Kanalo varža sumažėja. Per tranzistorių tekanti srovė sustiprėja. Neigiama užtūros įtampa stumia iš kanalo pagrindinius krūvininkus – elektronus. Tada kanalo varža padidėja, per tranzistorių tekanti srovė susilpnėja. Taigi galima tiek praturtintoji, tiek nuskurdintoji tranzistoriaus veika. Todėl MOP tranzistoriai su pradiniu kanalu yra nuskurdintosios-praturtintosios veikos tranzistoriai (angl.: DE-MOSFET – depletion-enhancement MOSFET

MOP tranzistoriaus su pradiniu kanalu perdavimo charakteristika (8 pav.) panaši į sandūrinių lauko tranzistorių perdavimo charakteristikas. Tačiau yra ir svarbus skirtumas – galima sudaryti ne tik kanalo skurdinimo (kai ), bet ir kanalo turtinimo () sąlygas.

Perdavimo charakteristiką galima aproksimuoti formule, analogiška (5):

; (6)

čia – tranzistoriaus santakos srovė, kai .

Gaminant pradinio kanalo MOP tranzistorius, reikia atlikti kanalo formavimo operacijas. Šių operacijų nereikia sudarant indukuotojo kanalo MOP tranzistorius.

Indukuotojo n kanalo MOP tranzistoriaus sandara atvaizduota 9 paveiksle. Tranzistoriui panaudotas p silicio pagrindas. Jame sudarytos lokaliosios n ištakos ir santakos sritys. Tarpas tarp šių sričių padengtas oksido sluoksniu, ant kurio sudarytas užtūros elektrodas, kuris su atsarga dengia tarpą tarp ištakos ir santakos sričių.

Jeigu tarp užtūros ir pagrindo įtampos nėra, tai tarp santakos ir ištakos yra dvi priešpriešiais sujungtos pn sandūros. Veikiant tarp santakos ir ištakos įtampai, per tranzistorių srovė neteka.

Ištakos elektrodas paprastai būna sujungtas su pagrindu. Tada įjungus tranzistorių pagal bendrosios ištakos schemą ir prijungus teigiamą užtūros-ištakos įtampą, po užtūra galima sudaryti inversinį n sluoksnį – indukuotąjį kanalą (10 pav., a). Didėjant užtūros įtampai, kanale didėja elektronų kon­centracija ir kartu didėja jo lai­dumas. Taigi indukuotojo kanalo MOP tranzistorius yra praturtin­tosios veikos tranzistorius (angl.: E-MOSFET – enhancement MOSFET

Indukuotasis kanalas susi­daro, kai užtūros-ištakos įtampa viršija slenkstinę įtampą . Tada, veikiant nedidelei išėjimo (santakos-ištakos) įtampai, tran­zistoriaus kanalas veikia kaip tiesinė varža. Tačiau didėjant teigiamai išėjimo įtampai , pn sandūra tarp santakos srities ir pagrindo plečiasi. Potencialų skirtumas tarp užtūros ir santakos mažėja. Kai įtampa tampa mažesnė už slenkstinę įtampą , prie santakos srities inversinio sluoksnio nebelieka (10 pav., b). Dėl to tranzistoriaus srovė nenutrūksta: dreifuojantieji kanalu elektronai pasiekia nuskurdintąjį sluoksnį kanalo gale prie santakos ir elektrinis laukas juos permeta į santakos sritį. Tačiau didėjant išėjimo įtampai, srovė per tranzistorių beveik nebestiprėja. Susidaro tranzistoriaus soties veikos sąlygos.


Taigi bendruoju atveju MOP tranzistoriaus su indukuotuoju kanalu išėjimo (santakos) srovė priklauso nuo užtūros ir santakos įtampų (11 pav.). Kadangi soties sąlygomis MOP tranzistoriaus srovė mažai priklauso nuo įtampos , tranzistoriaus perdavimo charakteristiką (11 pav., a) pakankamai tiksliai galima aproksimuoti išraiška:

; (7)

čia – proporcingumo koeficientas.

Visgi, ir soties veikos sąlygomis, kaip matyti iš 11 paveikslo, b, didėjant įtampai , tranzistoriaus srovė šiek tiek stiprėja. Taip yra todėl, kad, plečiantis nuskurdintajam sluoksniui prie santakos, trumpėja kanalas ir mažėja jo varža.


MOP tranzistorių įėjimo varžos nuolatinei srovei būna labai didelės, siekia 1012–1015 W. Taigi įėjimo srovė esti labai silpna, nes tarp užtūros ir kanalo yra dielektriko sluoksnis. Kita vertus, šis sluoksnis būna plonas. Todėl lauko tranzistorius reikia saugoti nuo statinių krūvių. Kadangi talpa tarp užtūros ir kanalo būna nedidelė, net nedidelis statinis krūvis gali sukurti didelę įtampą. Keliasdešimt voltų įtampa gali pramušti ploną dielektriko sluoksnį ir sukelti nepataisomą MOP tranzistoriaus gedimą. Dėl nurodytų priežasčių lauko tranzistoriai transportuojami laidžiuose laikikliuose arba jų išvadai būna sujungti laidžiais žiedais.

3. Lauko tranzistorių parametrai ir ekvivalentinės grandinės

Jau aptarėme, kad įjungto pagal bendrosios ištakos schemą lauko tranzistoriaus įėjimo varža esti labai didelė, įėjimo srovė – labai silpna. Todėl galima laikyti, kad užtūra yra visiškai izoliuota nuo kanalo, o įėjimo srovė žemųjų dažnių srityje lygi nuliui. Išėjimo (santakos) srovė bendruoju atveju yra įėjimo ir išėjimo įtampų funkcija:

(8)

čia – įėjimo (užtūros-ištakos) įtampa, – išėjimo (santakos-ištakos) įtampa.

Pagal (8) tranzistoriaus srovės diferencialas išreiškiamas formule:

; (9)

čia arba – tranzistoriaus perdavimo charakteristikos statumas (angl. kaip ir dvipolio tranzistoriaus atveju – transfer conductance, transconductance, mutual conductance), – tranzistoriaus išėjimo (vidinė) varža.

Pagal (9)

, kai , (10)

, kai . (11)

Taikydami (10) ir (11) formules ir vietoje diferencialų imdami srovės ir įtampų pokyčius darbo taško aplinkoje, lauko tranzistoriaus parametrus galime rasti pagal jo perdavimo arba išėjimo charakteristikas.

Nagrinėdami lauko tranzistorių kaip tiesinį aktyvųjį keturpolį, vietoje įtampų ir srovės pokyčių galime nagrinėti įtampų ir srovių kintamąsias dedamąsias. Tada

(12)

; (13)

čia – išėjimo laidumas.

Šią lygčių sistemą, aprašančią lauko tranzistorių, atitinka 12 pa­veiksle, a, atvaizduota ekvivalentinė grandinė.

Kai lauko tranzistorius yra soties būsenoje, jo išėjimo srovė mažai priklauso nuo išėjimo įtampos . Išėjimo srovės priklau­somybę nuo įėjimo įtampos, kaip jau žinome, galima aproksimuoti išraiška


(14)

čia A – proporcingumo koeficientas, – atkirtos arba slenkstinė įtampa (kai tai =0).

Pagal (14) lauko tranzistoriaus statumas proporcingas :

. (15)

Pagal (13) nuo statumo priklauso tranzistoriaus išėjimo srovės kintamoji dedamoji. Kai tranzistorius panaudojamas virpesiams stiprinti, nuo statumo priklauso stiprintuvo stiprinimo koeficientas.

Pagal (7.87) dvipolio tranzistoriaus atveju santykis lygus . Kai 300 K, tai . Pagal (14) ir (15) lauko tranzistoriaus . Santykis esti daug mažesnis nei 40 V–1. Taigi dvipolių tranzistorių perdavimo charakteristikos statumas didesnis nei lauko tranzistorių. Tačiau lauko tranzistoriai turi kitų svarbių privalumų: jie pasižymi didele įėjimo varža, didesniu temperatūriniu stabilumu, yra atsparesni radiacijai. Dar svarbu, kad dėl paprastesnės konstrukcijos yra paprastesnė lauko tranzistorių gamyba.

Lauko tranzistorių statumo priklausomybės nuo konstrukcijos parametrų analizė rodo, kad

~; (16)

čia – krūvininkų judrumas tranzistoriaus kanale, – kanalo ilgis.

Taigi, siekiant gauti didesnį lauko tranzistoriaus statumą, reikia trumpinti kanalą ir didinti krūvininkų judrumą kanale. Kadangi elektronų judrumas yra didesnis už skylių judrumą, tranzistorių su n kanalais statumas yra didesnis. Trumpas kanalas būdingas vertikalios konstrukcijos MOP tranzistoriams. V-MOP tranzistoriaus (angl.: V-MOSFET) sandara atvaizduota 13 paveiksle. Gaminant tranzistorių, ant n+ pagrindo užauginamas epitaksinis n sluoksnis, terminės priemaišų difuzijos būdu jame sudaromos p ir n+ lokalios sritys. Išėsdinus darinyje griovelį, sudaromas izoliacinis silicio di­oksido sluoksnis. Jame reikiamose vietose fotolitografijos būdu atidarius langus, sudaromi meta­liniai elektrodai. Trumpas indu­kuotasis n kanalas tarp n+ ištakos ir n bei n+ santakos sričių, veikiant teigiamai užtūros-ištakos įtampai, susidaro p sluoksnyje.

4. Lauko tranzistorių dažninės savybės

Augant dažniui, lauko tranzistoriaus statumas mažėja dėl krūvininkų lėkio tranzistoriaus kanale efekto. Įvertinant lėkio efektą (tai, kad valdymo įtampa spėja pasikeisti, kol krūvininkas įveikia kanalą tarp ištakos ir santakos), tranzistoriaus perdavimo koeficientas išreiškiamas formule:

, ; (17)

čia – statumas žemųjų dažnių srityje, – krūvininko lėkio kanale trukmė.

Pagal (17) formulę galima apskaičiuoti dažnį , ties kuriuo statumas sumažėja karto. Kita vertus, dažniausiai laikoma, kad lauko tranzistoriaus dažnines savybes lemia kitas reiškinys – tranzistoriaus įėjimo varžos mažėjimas didėjant dažniui.

12 paveiksle, b, atvaizduota lauko tranzistoriaus ekvivalentinė grandinė, papildyta jo parazitinėmis talpomis – talpa tarp užtūros ir ištakos , užtūros ir santakos ir santakos ir ištakos . Ji panaši į dvipolio tranzistoriaus P pavidalo ekvivalentinę grandinę.

Dėl parazitinių talpų, augant dažniui, mažėja lauko tranzistoriaus įėjimo varža kintamajai srovei. Kai tranzistoriaus išėjime sudarytos trumpojo jungimo pagal kintamąją srovę sąlygos, jo įėjimo varžą lemia grandinėlė, sudaryta iš lygiagrečiai sujungtų talpų ir (12 pav., b . Tuomet tranzistoriaus įėjimo srovės kintamąją dedamąją galime išreikšti formule

. (18)

Kai tranzistoriaus išėjime sudarytas trumpasis jungimas (), pagal (13)

. (19)

Kadangi, augant dažniui, tranzistoriaus įėjimo srovė stiprėja, tai ji gali tapti tokio pat stiprumo, kaip ir išėjimo srovė . Tada lauko tranzistorius nustoja stiprinti srovę. Dažnis, kuriam esant tai atsitinka, kaip ir dvipolių tranzistorių atveju, žymimas . Pagal (18) ir (19) formules, laikydami, kad , kai , gauname, kad

; (20)

čia yra grandinėlės, sudarytos iš varžos ir talpos , laiko konstanta. Šį rezultatą galima interpretuoti taip: lauko tranzistoriaus dažnines savybes lemia jo talpų ir persikrovimo procesas; persikrovimo srovę riboja varža (kanalo varža) . Taigi laiko konstanta yra talpos, kuri susidaro tarp užtūros ir kanalo, persikrovimo laiko pastovioji. Ji lygi krūvininkų lėkio kanale trukmei.

Taigi lauko tranzistoriaus dažnį ir jo dažnines savybes lemia krūvininkų lėkio kanale trukmė . Siekiant dažnį padidinti, reikia trumpinti kanalą. Kai kanalas labai trumpas, jame susikuria labai stiprus elektrinis laukas. Todėl aukštadažnių lauko tranzistorių kanaluose elektronai pasiekia maksimalų dreifo greitį . Tuomet

(21)

ir

. (22)

Įrodoma, kad lauko tranzistoriaus maksimalus galios stiprinimo arba generacijos dažnis išreiškiamas formule

. (23)

Atlikta analizė leidžia apibendrinti, kad lauko kaip ir dvipolių tranzistorių dažnines savybes lemia horizontalusis planariojo tranzistoriaus matmuo – kanalo ilgis. Jau sukurti mikrobangų integriniai grandynai su lauko tranzistoriais, kurių kanalo ilgis – 80 nm. Jų >400 GHz.

1 užduotis

Pagal žinyną lauko tranzistoriaus =–3 V. Kai =0, srovė 9 mA. Tranzistoriaus išėjimo varža =100 kW, talpos =2 pF, 1 pF, =1,5 pF (čia – įėjimo talpa, kai išėjimas trumpai sujungtas, – pereinamoji talpa, – išėjimo talpa, kai įėjimas trumpai sujungtas). Tranzistoriaus darbo taške –1 V. Sudarysime tranzistoriaus ekvivalentinę grandinę. Apskaičiuosime dažnį ir krūvininkų lėkio kanale trukmę.

Sprendimas

Tranzistoriaus ekvivalentinė grandinė yra tokia kaip 12 paveiksle, b.

Rasime ekvivalentinės grandinės elementų parametrus.

Kai tai . Taigi ir pagal (15)

mA/V.

1 pF.

; 2–1=1 pF.

; 1,5–1=0,5 pF.

Tada

320 MHz

ir

0,5 ns.

2 užduotis

Silicio lauko tranzistoriaus n kanalo ilgis – 0,3 mm. Raskime dažnį . Maksimalus elektronų greitis silicyje – apie 107 cm/s.

Sprendimas

Pagal (22)

.

5. Išvados

Lauko tranzistoriuje srovė teka kanalu, sudarytu tarp ištakos ir santakos. Srovės stiprumą valdo užtūros įtampa. Kanale srovę kuria pagrindiniai – vieno ženklo – krūvininkai. Todėl lauko tranzistoriai dar vadinami vienpoliais tranzistoriais. Pagal užtūros tipą lauko tranzistoriai skirstomi į dvi grupes – sandūrinius lauko tranzistorius ir tranzistorius su izuoliuotąja užtūra. Tranzistoriai su izoliuotąja užtūra dažniau vadinami MDP arba MOP tranzistoriais. Jie esti dviejų tipų – su pradiniu kanalu ir su indukuotuoju kanalu.

Lauko tranzistoriuje su n kanalu ir valdančiosiomis pn sandūromis kanalas yra tarp dviejų p sričių, kurios atlieka užtūros vaidmenį. Tokiame tranzistoriuje, didėjant užtūros neigiamai įtampai , plečiasi pn sandūros, mažėja kanalo storis, didėja jo varža ir mažėja kanale tekančios srovės stiprumas. Taip užtūros įtampa valdo per tranzistorių tekančią srovę .

MOP tranzistoriuje su pradiniu kanalu tarp kanalo ir metalinio užtūros elektrodo yra plonas silicio dioksido sluoksnis. Gaminant tranzistorių, ištakos, santakos sritys ir jas jungiantis silpnai legiruotas kanalas sudaromi paviršiniame puslaidininkio sluoksnyje terminės priemaišų difuzijos ar joninio legiravimo būdais. Jei pradinis kanalas yra n tipo, tai, veikiant teigiamai užtūros įtampai, iš n+ ištakos ir santakos sričių į kanalą įtraukiami elektronai. Padidėjus pagrindinių krūvininkų koncentracijai, kanalo varža sumažėja. Neigiama užtūros įtampa stumia iš kanalo elektronus. Todėl, didėjant neigiamai užtūros įtampai, kanalo varža didėja. Taip užtūros įtampa valdo kanalo varžą ir juo tekančią srovę. MOP tranzistorius su pradiniu kanalu gali veikti ir kanalo turtinimo, ir kanalo skurdinimo sąlygomis.

Indukuotojo kanalo MOP tranzistoriai yra paprastesnės konstrukcijos. Tranzistorių su indukuotuoju n kanalu sudaro p puslaidininkio pagrindas, kuriame sudarytos n+ ištakos ir santakos sritys; tarpas tarp n+ sričių padengtas dielektriko sluoksniu, ant kurio sudarytas užtūros elektrodas. Teigiamai užtūros įtampai viršijus slenkstinę, po užtūra susidaro inversinis n sluoksnis – kanalas. Didėjant užtūros įtampai, kanale didėja elektronų koncentracija ir kartu didėja jo laidumas. Taigi tranzistoriai su indukuotuoju kanalu yra praturtintosios veikos MOP tranzistoriai.

Įjungto pagal bendrosios ištakos schemą lauko tranzistoriaus įėjime yra uždara pn sandūra arba izoliuotas nuo kanalo užtūros elektrodas. Todėl lauko tranzistoriams būdinga didelė įėjimo varža ir maža įėjimo srovė.

Lauko tranzistoriaus santakos srovės priklausomybė nuo įtampų nusakoma jo perdavimo ir išėjimo charakteristikomis. Stiprintuvuose lauko tranzistoriams dažniausiai sudaromos soties veikos sąlygos. Soties sąlygomis lauko tranzistoriaus išėjimo srovė mažai priklauso nuo išėjimo (santakos-ištakos) įtampos. Tranzistoriaus perdavimo charakteristiką galima aproksimuoti (14) formule.

Lauko tranzistoriaus perdavimo charakteristikos statumas tiesiai proporcingas . Norint padidinti statumą ir gauti didesnį stiprintuvo stiprinimo koeficientą, tranzistoriaus darbo tašką reikia parinkti taip, kad santakos srovė būtų stipresnė.

Žemųjų dažnių srityje lauko tranzistorių galima pakeisti jo ekvivalentine grandine, sudaryta iš įėjimo įtampos valdomo srovės šaltinio ir lygiagrečiai jam prijungtos tranzis­toriaus išėjimo varžos . Aukštųjų dažnių srityje ekvivalentinės grandinės schemą reikia papildyti tranzistoriaus parazitinėmis talpomis. Tada ji įgyja P pavidalą.

Didėjant dažniui, didėja lauko tranzistoriaus įėjimo talpinė srovė. Tranzistoriaus srovės stiprinimo koeficientas mažėja. Kai dažnis pasiekia , srovės stiprinimo koeficientas sumažėja iki 1. Įrodoma, kad dažnis išreiškiamas (20) formule ir yra tiesiai proporcingas santykiui ; čia m – lauko tranzistoriaus kanalo pagrindinių krūvininkų judrumas, – kanalo ilgis. Taigi, kuo didesnis krūvininkų judrumas ir trumpesnis kanalas, tuo geresnės lauko tranzistoriaus dažninės savybės.

6. Kontroliniai klausimai ir užduotys

Lauko tranzistoriaus n kanale srovę kuria (elektronai, skylės, elektronai ir skylės).

Aptarkite lauko tranzistoriaus su valdančiosiomis pn sandūromis sandarą ir veikimą.

Lauko tranzistoriuje su valdančiosiomis pn sandūromis krūvininkai, judėdami iš ištakos į santaką, (įveikia dvi pn sandūras, nesutinka nė vienos pn sandūros).

Palyginkite dvipolių ir lauko tranzistorių jungimo schemas.

Sudarykite lauko tranzistoriaus su valdančiosiomis pn sandūromis perdavimo charakteristikų šeimą. Paaiškinkite charakteristikų eigą.

Sudarykite lauko tranzistoriaus su valdančiosiomis pn sandūromis išėjimo charakteristikų šeimą. Paaiškinkite charakteristikų eigą.

Sandūrinio lauko tranzistoriaus =20 mA, =–10 V. Kokio stiprio tranzistoriaus išėjimo srovė tekėtų, kai =0? Kokiai įtampai veikiant susidarytų tranzistorius soties veikos sąlygos, jeigu =–2 V?

Sandūrinio lauko tranzistoriaus =–6 V ir =12 mA. Jeigu šių duomenų pakanka, sudarykite tranzistoriaus perdavimo charakteristiką.

Sandūrinio lauko tranzistoriaus su p kanalu =4 mA ir =+3 V. Sudarykite tranzistoriaus perdavimo charakteristiką.

Aptarkite MOP tranzistoriaus su pradiniu kanalu sandarą ir veikimą.

Neigiama įtampa (skurdina, turtina) MOP tranzistoriaus pradinį n kanalą, teigiama įtampa kanalą (skurdina, turtina) kanalą.

Kuo MOP tranzistorius su indukuotuoju n kanalu skiriasi nuo MOP tranzistoriaus su pradiniu n kanalu?

Aptarkite MOP tranzistoriaus su indukuotuoju kanalu veikimą ir charakteristikas.

MOP tranzistoriaus su indukuotuoju n kanalu =30 mA. Kai =1 V, tranzistoriaus išėjimo srovė =4 mA. Kai =10 V, =10 mA. Sudarykite tranzistoriaus perdavimo charakteristiką.

Sudarykite lauko tranzistoriaus P pavidalo ekvivalentinės grandinės schemą ir palyginkite ją su dvipolio tranzistoriaus P pavidalo ekvivalentinės grandinės schema.

Lauko tranzistoriaus su valdančiosiomis pn sandūromis =8 mA ir =–4 V. Apskaičiuokite tranzistoriaus perdavimo charakteristikos statumą, kai =–1,5 V.

MOP tranzistoriaus su indukuotuoju n kanalu =50 mA. Kai =10 mA, jo statumas =6 mS. Raskite statumą, kai =40 mA.

Lauko tranzistoriaus su valdančiosiomis pn sandūromis ir n kanalu –3 V, =9 mA. Raskite tranzistoriaus perdavimo charakteristikos statumą, kai =–1,5 V. Sudarykite tranzistoriaus ekvivalentinės grandinės schemą. Priėmę, kad =9 pF, =6 pF ir =2 pF, apskaičiuokite tranzistoriaus didžiausią srovės stiprinimo dažnį .

Kodėl MOP tranzistoriams pavojingi statiniai krūviai?

Palyginkite lauko tranzistorių ir dvipolių tranzistorių bendrąsias savybes.

L.tranzistoriai 2001.10.18 16:04 2001.11.12



Politica de confidentialitate | Termeni si conditii de utilizare



DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 5235
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2024 . All rights reserved