CATEGORII DOCUMENTE
Afaceri Calculatoare Casa masina Didactica pedagogie Diverse Educatie Finante Geografie Istorie & politica Legislatie Limba Management Sanatate Tehnologie

Bulgara	Ceha slovaca	Croata	Engleza	Estona	Finlandeza	Franceza
Germana	Italiana	Letona	Lituaniana	Maghiara	Olandeza	Poloneza
Sarba	Slovena	Spaniola	Suedeza	Turca	Ucraineana

įstatymai	įvairių	Apskaitos	Architektūra	Biografija	Biologija	Botanika	Chemija
Ekologija	Ekonomika	Elektra	Finansai	Fizinis	Geografija	Istorija	Karjeros
Kompiuteriai	Kultūra	Literatūra	Matematika	Medicina	Politika	Prekyba	Psichologija
Receptus	Sociologija	Technika	Teisė	Turizmas	Valdymas	vietimas

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 ˛enklo krūvininkai, ie 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 itaka (source). Elektrodas, per kurį pagrindiniai krūvininkai iteka, vadinamas santaka (drain). Kanale tekančią srovę valdo trečiojo tranzistoriaus elektrodo – u˛tūros (gate) – įtampa.

Pagal u˛tūros tipą lauko tranzistoriai skirstomi į lauko tranzistorius su valdančiosiomis pn sandūromis (sandūrinius lauko tranzistorius) ir lauko tranzistorius su izoliuotąja u˛tūra. 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 ˛ymenys.

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 itakos ir santakos elektrodai. U˛tūros vaidmenį atlieka p sritys.

Nagrinėkime 2 paveiksle atvaizduotą lauko tranzistorių, įjungtą pagal bendrosios itakos schemą. Tranzistoriaus veikimas pagrįstas tuo, kad kanalo storis ir jo skerspjūvio plotas priklauso nuo valdančiosios įtampos , veikiančios tarp u˛tūros ir itakos. Įtampa sandūroms yra atgalinė. Didėjant iai įtampai, pn sandūros plečiasi, kanalo storis ma˛ėja (3 pav., a), o jo var˛a – didėja. Jeigu tarp santakos ir itakos veikia įtampa, tai, didėjant kanalo var˛ai, silpnėja juo tekanti srovė. Taigi u˛tūros įtampa gali valdyti tranzistoriaus kanalo srovę. Siekiant, kad srovė būtų efektyviau valdoma, priemaių koncentracija kanale parenkama daug ma˛esnė nei priemaių koncentracija u˛tūros srityje.

Kanalo storis ireikiamas formule:

; (1)

čia – n srities storis, – pn sandūros storis n srityje, ireikiamas (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 i įtampa pasiekia vadinamąją atkirtos įtampą , sandūros susiliečia, kanalas inyksta, ir srovė tarp itakos ir santakos nebeteka. Laikydami, kad , i (2) formulės gauname:

. (3)

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

. (4)

Taigi u˛tūros įtampa valdo kanalo storį, kanalo var˛ą ir santakos srovę (4 pav., a).

Jei įtampa tarp u˛tūros ir itakos neveikia (), o įtampa tarp santakos ir itakos nedidelė, tranzistoriaus kanalą galima nagrinėti kaip ominę var˛ą. Tada, jei didėja įtampa , tranzistoriaus kanalu tekanti srovė tiesikai stiprėja. Kita vertus, jeigu didėja įtampa , tai didėja atgalinė valdančiosios pn sandūros įtampa kanalo gale prie santakos. Todėl iame kanalo gale didėja pn sandūros storis, plonėja kanalas ir didėja jo var˛a. Veikiant įtampai , prie santakos pn sandūros susiliečia (3 pav., b), kanalo var˛a labai padidėja. Tada, kylant iėjimo įtampai, santakos srovė beveik nebestiprėja – per tranzistorių teka soties srovė (4 pav., b). Taigi įtampos prieaugis krinta nuskurdintajame sluoksnyje tarp santakos ir kanalo. Dėl ios įtampos nuskurdintajame sluoksnyje susidaro elektrinis laukas. Kanalu tekant srovei, is elektrinis laukas pagauna priartėjusius prie nuskurdintojo sluoksnio elektronus ir pernea juos prie santakos. Labai padidėjus iėjimo įtampai, tranzistoriaus iėjimo srovė pradeda stiprėti dėl pn sandūrų pramuimo.

I aptarimo matyti, kad tranzistoriaus iėjimo srovė priklauso nuo įėjimo ir iėjimo įtampų. Lauko tranzistoriaus srovę valdo ne įėjimo srovė, kaip dvipoliame tranzistoriuje, o įėjimo įtampa. Galimos kelios sandūrinio lauko tranzistoriaus būsenos: u˛daroji, ominės veikos, soties ir pramuimo. Sandūrinio lauko tranzistoriaus įėjimo grandinėje yra u˛dara pn sandūra. Todėl jo įėjimo var˛a didelė – megaomų eilės.

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

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

Silpnų virpesių stiprintuvų grandinėse sudaromos sandūrinių lauko tranzistorių soties veikos sąlygos. Tada santakos srovė priklauso nuo įėjimo įtampos. Atsi˛velgiant 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, i 5 paveikslo matyti, kad net soties veikos sąlygomis, didėjant iėjimo įtampai, iėjimo srovė iek tiek stiprėja. Taip yra todėl, kad soties sąlygomis, didėjant iėjimo įtampai, plečiasi valdančiosios pn sandūros, trumpėja kanalas ir ma˛ėja jo var˛a.

Taigi aptarėme sandūrinio lauko tranzistoriaus veikimą, kai jis įjungtas pagal bendrosios itakos schemą. Kartais elektrinėse grandinėse lauko tranzistoriai veikia įjungti pagal bendrosios santakos ar bendrosios u˛tūros 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 priemaių difuzijos būdu sudaromos lokaliosios p⁺ ir n⁺ sritys. Tranzistoriaus kanalo vaidmenį atlieka n epitaksinis sluoksnis, esantis tarp p u˛tūros ir p pagrindo. Pagrindą P galima panaudoti kaip antrąją u˛tūrą. Jeigu jis sujungiamas su u˛tūra 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 u˛augintas plonas (mikrometro dalių storio) epitaksinis n galio arsenido sluoksnis. Ant io sluoksnio sudaryti itakos ir santakos metaliniai elektrodai. Tarp ių elektrodų ir epitaksinio sluoksnio susidaro ominiai kontaktai. U˛tūros elektrodui panaudota tokia med˛iaga, kad tarp u˛tūros elektrodo ir epitaksinio sluoksnio susidaro otkio barjeras. Veikiant u˛tūros įtampai, nuskurdintasis sluoksnis po u˛tūros elektrodu storėja, o kanalas plonėja. Taigi metalo-puslaidininkio lauko tranzistorius yra nuskurdintosios veikos otkio lauko tranzistorius.

Vienas svarbiausių lauko tranzistoriaus parametrų yra perdavimo charakteristikos statumas. I 5 paveikslo, a, matyti, kad jis didėja stiprėjant per tranzistorių tekančiai srovei. Tačiau tranzistoriaus darbo taką reikia parinkti taip, kad, veikiant įėjimo įtampai, jo sandūros liktų u˛daros. Taigi galimybės parinkti stipresnę santakos srovę ir gauti didesnį statumą yra ribotos. Pavojaus, kad u˛tūra 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 u˛tūros yra oksido sluoksnis. Tranzistorių veikimas pagrįstas lauko efektu MOP darinyje. Panaudojamos dvi ių 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 itakos ir santakos ivadai. Tarp jų sudarytas silpnai legiruotas n kanalas. Ant jo yra dielektrinis silicio dioksido sluoksnis ir metalinis u˛tūros elektrodas. Tranzistoriaus pagrindas da˛niausiai esti sujungtas su itaka.

Kai tranzistorius įjungtas pagal bendrosios itakos schemą, veikiant santakos-itakos įtampai , sudarytu pradiniu kanalu gali tekėti srovė. Jeigu prijungiama teigiama u˛tūros įtampa (), į kanalą i itakos ir santakos sričių įtraukiami elektronai. Kanalo var˛a suma˛ėja. Per tranzistorių tekanti srovė sustiprėja. Neigiama u˛tūros įtampa stumia i kanalo pagrindinius krūvininkus – elektronus. Tada kanalo var˛a 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.) panai 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, analogika (5):

; (6)

čia – tranzistoriaus santakos srovė, kai .

Gaminant pradinio kanalo MOP tranzistorius, reikia atlikti kanalo formavimo operacijas. ių 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 itakos ir santakos sritys. Tarpas tarp ių sričių padengtas oksido sluoksniu, ant kurio sudarytas u˛tūros elektrodas, kuris su atsarga dengia tarpą tarp itakos ir santakos sričių.

Jeigu tarp u˛tūros ir pagrindo įtampos nėra, tai tarp santakos ir itakos yra dvi prieprieiais sujungtos pn sandūros. Veikiant tarp santakos ir itakos įtampai, per tranzistorių srovė neteka.

Itakos elektrodas paprastai būna sujungtas su pagrindu. Tada įjungus tranzistorių pagal bendrosios itakos schemą ir prijungus teigiamą u˛tūros-itakos įtampą, po u˛tūra galima sudaryti inversinį n sluoksnį – indukuotąjį kanalą (10 pav., a). Didėjant u˛tūros 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 u˛tūros-itakos įtampa virija slenkstinę įtampą . Tada, veikiant nedidelei iėjimo (santakos-itakos) įtampai, tranzistoriaus kanalas veikia kaip tiesinė var˛a. Tačiau didėjant teigiamai iėjimo įtampai , pn sandūra tarp santakos srities ir pagrindo plečiasi. Potencialų skirtumas tarp u˛tūros ir santakos ma˛ėja. Kai įtampa tampa ma˛esnė u˛ 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 iėjimo įtampai, srovė per tranzistorių beveik nebestiprėja. Susidaro tranzistoriaus soties veikos sąlygos.

Taigi bendruoju atveju MOP tranzistoriaus su indukuotuoju kanalu iėjimo (santakos) srovė priklauso nuo u˛tūros ir santakos įtampų (11 pav.). Kadangi soties sąlygomis MOP tranzistoriaus srovė ma˛ai priklauso nuo įtampos , tranzistoriaus perdavimo charakteristiką (11 pav., a) pakankamai tiksliai galima aproksimuoti iraika:

; (7)

čia – proporcingumo koeficientas.

Visgi, ir soties veikos sąlygomis, kaip matyti i 11 paveikslo, b, didėjant įtampai , tranzistoriaus srovė iek tiek stiprėja. Taip yra todėl, kad, plečiantis nuskurdintajam sluoksniui prie santakos, trumpėja kanalas ir ma˛ėja jo var˛a.

MOP tranzistorių įėjimo var˛os nuolatinei srovei būna labai didelės, siekia 10¹²–10¹⁵ W. Taigi įėjimo srovė esti labai silpna, nes tarp u˛tūros ir kanalo yra dielektriko sluoksnis. Kita vertus, is sluoksnis būna plonas. Todėl lauko tranzistorius reikia saugoti nuo statinių krūvių. Kadangi talpa tarp u˛tūros ir kanalo būna nedidelė, net nedidelis statinis krūvis gali sukurti didelę įtampą. Keliasdeimt voltų įtampa gali pramuti ploną dielektriko sluoksnį ir sukelti nepataisomą MOP tranzistoriaus gedimą. Dėl nurodytų prie˛asčių lauko tranzistoriai transportuojami laid˛iuose laikikliuose arba jų ivadai būna sujungti laid˛iais ˛iedais.

3. Lauko tranzistorių parametrai ir ekvivalentinės grandinės

Jau aptarėme, kad įjungto pagal bendrosios itakos schemą lauko tranzistoriaus įėjimo var˛a esti labai didelė, įėjimo srovė – labai silpna. Todėl galima laikyti, kad u˛tūra yra visikai izoliuota nuo kanalo, o įėjimo srovė ˛emųjų da˛nių srityje lygi nuliui. Iėjimo (santakos) srovė bendruoju atveju yra įėjimo ir iėjimo įtampų funkcija:

(8)

čia – įėjimo (u˛tūros-itakos) įtampa, – iėjimo (santakos-itakos) įtampa.

Pagal (8) tranzistoriaus srovės diferencialas ireikiamas formule:

; (9)

čia arba – tranzistoriaus perdavimo charakteristikos statumas (angl. kaip ir dvipolio tranzistoriaus atveju – transfer conductance, transconductance, mutual conductance), – tranzistoriaus iėjimo (vidinė) var˛a.

Pagal (9)

, kai , (10)

, kai . (11)

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

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

(12)

; (13)

čia – iėjimo laidumas.

ią lygčių sistemą, apraančią lauko tranzistorių, atitinka 12 paveiksle, a, atvaizduota ekvivalentinė grandinė.

Kai lauko tranzistorius yra soties būsenoje, jo iėjimo srovė ma˛ai priklauso nuo iėjimo įtampos . Iėjimo srovės priklausomybę nuo įėjimo įtampos, kaip jau ˛inome, galima aproksimuoti iraika

(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 iėjimo 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 ma˛esnis nei 40 V^–1. Taigi dvipolių tranzistorių perdavimo charakteristikos statumas didesnis nei lauko tranzistorių. Tačiau lauko tranzistoriai turi kitų svarbių privalumų: jie pasi˛ymi didele įėjimo var˛a, 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 u˛ 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 u˛auginamas epitaksinis n sluoksnis, terminės priemaių difuzijos būdu jame sudaromos p ir n⁺ lokalios sritys. Iėsdinus darinyje griovelį, sudaromas izoliacinis silicio dioksido sluoksnis. Jame reikiamose vietose fotolitografijos būdu atidarius langus, sudaromi metaliniai elektrodai. Trumpas indukuotasis n kanalas tarp n⁺ itakos ir n bei n⁺ santakos sričių, veikiant teigiamai u˛tūros-itakos įtampai, susidaro p sluoksnyje.

4. Lauko tranzistorių da˛ninės savybės

Augant da˛niui, lauko tranzistoriaus statumas ma˛ėja dėl krūvininkų lėkio tranzistoriaus kanale efekto. Įvertinant lėkio efektą (tai, kad valdymo įtampa spėja pasikeisti, kol krūvininkas įveikia kanalą tarp itakos ir santakos), tranzistoriaus perdavimo koeficientas ireikiamas formule:

, ; (17)

čia – statumas ˛emųjų da˛nių srityje, – krūvininko lėkio kanale trukmė.

Pagal (17) formulę galima apskaičiuoti da˛nį , ties kuriuo statumas suma˛ėja karto. Kita vertus, da˛niausiai laikoma, kad lauko tranzistoriaus da˛nines savybes lemia kitas reikinys – tranzistoriaus įėjimo var˛os ma˛ėjimas didėjant da˛niui.

12 paveiksle, b, atvaizduota lauko tranzistoriaus ekvivalentinė grandinė, papildyta jo parazitinėmis talpomis – talpa tarp u˛tūros ir itakos , u˛tūros ir santakos ir santakos ir itakos . Ji panai į dvipolio tranzistoriaus P pavidalo ekvivalentinę grandinę.

Dėl parazitinių talpų, augant da˛niui, ma˛ėja lauko tranzistoriaus įėjimo var˛a kintamajai srovei. Kai tranzistoriaus iėjime sudarytos trumpojo jungimo pagal kintamąją srovę sąlygos, jo įėjimo var˛ą lemia grandinėlė, sudaryta i lygiagrečiai sujungtų talpų ir (12 pav., b . Tuomet tranzistoriaus įėjimo srovės kintamąją dedamąją galime ireikti formule

. (18)

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

. (19)

Kadangi, augant da˛niui, tranzistoriaus įėjimo srovė stiprėja, tai ji gali tapti tokio pat stiprumo, kaip ir iėjimo srovė . Tada lauko tranzistorius nustoja stiprinti srovę. Da˛nis, kuriam esant tai atsitinka, kaip ir dvipolių tranzistorių atveju, ˛ymimas . Pagal (18) ir (19) formules, laikydami, kad , kai , gauname, kad

; (20)

čia yra grandinėlės, sudarytos i var˛os ir talpos , laiko konstanta. į rezultatą galima interpretuoti taip: lauko tranzistoriaus da˛nines savybes lemia jo talpų ir persikrovimo procesas; persikrovimo srovę riboja var˛a (kanalo var˛a) . Taigi laiko konstanta yra talpos, kuri susidaro tarp u˛tūros ir kanalo, persikrovimo laiko pastovioji. Ji lygi krūvininkų lėkio kanale trukmei.

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

(21)

. (22)

Įrodoma, kad lauko tranzistoriaus maksimalus galios stiprinimo arba generacijos da˛nis ireikiamas formule

. (23)

Atlikta analizė leid˛ia apibendrinti, kad lauko kaip ir dvipolių tranzistorių da˛nines 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 u˛duotis

Pagal ˛inyną lauko tranzistoriaus =–3 V. Kai =0, srovė 9 mA. Tranzistoriaus iėjimo var˛a =100 kW, talpos =2 pF, 1 pF, =1,5 pF (čia – įėjimo talpa, kai iėjimas trumpai sujungtas, – pereinamoji talpa, – iėjimo talpa, kai įėjimas trumpai sujungtas). Tranzistoriaus darbo take –1 V. Sudarysime tranzistoriaus ekvivalentinę grandinę. Apskaičiuosime da˛nį 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

0,5 ns.

2 u˛duotis

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

Sprendimas

Pagal (22)

5. Ivados

Lauko tranzistoriuje srovė teka kanalu, sudarytu tarp itakos ir santakos. Srovės stiprumą valdo u˛tūros įtampa. Kanale srovę kuria pagrindiniai – vieno ˛enklo – krūvininkai. Todėl lauko tranzistoriai dar vadinami vienpoliais tranzistoriais. Pagal u˛tūros tipą lauko tranzistoriai skirstomi į dvi grupes – sandūrinius lauko tranzistorius ir tranzistorius su izuoliuotąja u˛tūra. Tranzistoriai su izoliuotąja u˛tūra da˛niau 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 u˛tūros vaidmenį. Tokiame tranzistoriuje, didėjant u˛tūros neigiamai įtampai , plečiasi pn sandūros, ma˛ėja kanalo storis, didėja jo var˛a ir ma˛ėja kanale tekančios srovės stiprumas. Taip u˛tūros įtampa valdo per tranzistorių tekančią srovę .

MOP tranzistoriuje su pradiniu kanalu tarp kanalo ir metalinio u˛tūros elektrodo yra plonas silicio dioksido sluoksnis. Gaminant tranzistorių, itakos, santakos sritys ir jas jungiantis silpnai legiruotas kanalas sudaromi paviriniame puslaidininkio sluoksnyje terminės priemaių difuzijos ar joninio legiravimo būdais. Jei pradinis kanalas yra n tipo, tai, veikiant teigiamai u˛tūros įtampai, i n⁺ itakos ir santakos sričių į kanalą įtraukiami elektronai. Padidėjus pagrindinių krūvininkų koncentracijai, kanalo var˛a suma˛ėja. Neigiama u˛tūros įtampa stumia i kanalo elektronus. Todėl, didėjant neigiamai u˛tūros įtampai, kanalo var˛a didėja. Taip u˛tūros įtampa valdo kanalo var˛ą 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⁺ itakos ir santakos sritys; tarpas tarp n⁺ sričių padengtas dielektriko sluoksniu, ant kurio sudarytas u˛tūros elektrodas. Teigiamai u˛tūros įtampai virijus slenkstinę, po u˛tūra susidaro inversinis n sluoksnis – kanalas. Didėjant u˛tūros įtampai, kanale didėja elektronų koncentracija ir kartu didėja jo laidumas. Taigi tranzistoriai su indukuotuoju kanalu yra praturtintosios veikos MOP tranzistoriai.

Įjungto pagal bendrosios itakos schemą lauko tranzistoriaus įėjime yra u˛dara pn sandūra arba izoliuotas nuo kanalo u˛tūros elektrodas. Todėl lauko tranzistoriams būdinga didelė įėjimo var˛a ir ma˛a įėjimo srovė.

Lauko tranzistoriaus santakos srovės priklausomybė nuo įtampų nusakoma jo perdavimo ir iėjimo charakteristikomis. Stiprintuvuose lauko tranzistoriams da˛niausiai sudaromos soties veikos sąlygos. Soties sąlygomis lauko tranzistoriaus iėjimo srovė ma˛ai priklauso nuo iėjimo (santakos-itakos) 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 taką reikia parinkti taip, kad santakos srovė būtų stipresnė.

ˇemųjų da˛nių srityje lauko tranzistorių galima pakeisti jo ekvivalentine grandine, sudaryta i įėjimo įtampos valdomo srovės altinio ir lygiagrečiai jam prijungtos tranzistoriaus iėjimo var˛os . Auktųjų da˛nių srityje ekvivalentinės grandinės schemą reikia papildyti tranzistoriaus parazitinėmis talpomis. Tada ji įgyja P pavidalą.

Didėjant da˛niui, didėja lauko tranzistoriaus įėjimo talpinė srovė. Tranzistoriaus srovės stiprinimo koeficientas ma˛ėja. Kai da˛nis pasiekia , srovės stiprinimo koeficientas suma˛ėja iki 1. Įrodoma, kad da˛nis ireikiamas (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 da˛ninės savybės.

6. Kontroliniai klausimai ir u˛duotys

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 i itakos 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 eimą. Paaikinkite charakteristikų eigą.

Sudarykite lauko tranzistoriaus su valdančiosiomis pn sandūromis iėjimo charakteristikų eimą. Paaikinkite charakteristikų eigą.

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

Sandūrinio lauko tranzistoriaus =–6 V ir =12 mA. Jeigu ių 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 iėjimo 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 did˛iausią srovės stiprinimo da˛nį .

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

Vizualizari: 5213
Importanta:

Comenteaza documentul:

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

Creaza cont nou

Distribuie URL
https://www.scrigroup.com/limba/lituaniana/255/LAUKO-TRANZISTORIAI64368.php

Adauga cod HTML in site
<a href="https://www.scrigroup.com/limba/lituaniana/255/LAUKO-TRANZISTORIAI64368.php" target="_blank" title=" - https://www.scrigroup.com/limba/lituaniana/255/LAUKO-TRANZISTORIAI64368.php">LAUKO TRANZISTORIAI</a>

LAUKO TRANZISTORIAI

elektra

DOCUMENTE SIMILARE

LAUKO TRANZISTORIAI

1. Sandūriniai lauko tranzistoriai

2. MOP tranzistoriai

3. Lauko tranzistorių parametrai ir ekvivalentinės grandinės

4. Lauko tranzistorių da˛ninės savybės

5. Ivados

6. Kontroliniai klausimai ir u˛duotys

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comenteaza documentul:

5. Ivados