CATEGORII DOCUMENTE |
Bulgara | Ceha slovaca | Croata | Engleza | Estona | Finlandeza | Franceza |
Germana | Italiana | Letona | Lituaniana | Maghiara | Olandeza | Poloneza |
Sarba | Slovena | Spaniola | Suedeza | Turca | Ucraineana |
DOCUMENTE SIMILARE |
|
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 utūros (gate)
įtampa.
Pagal utūros tipą lauko tranzistoriai skirstomi į lauko tranzistorius su valdančiosiomis pn sandūromis (sandūrinius lauko tranzistorius) ir lauko tranzistorius su izoliuotąja utūra. 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.
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. Utūros 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 utūros ir itakos. Įtampa sandūroms yra atgalinė. Didėjant iai įtampai, pn sandūros plečiasi, kanalo storis maėja (3 pav., a), o jo vara didėja. Jeigu tarp santakos ir itakos veikia įtampa, tai, didėjant kanalo varai, silpnėja juo tekanti srovė. Taigi utūros įtampa gali valdyti tranzistoriaus kanalo srovę. Siekiant, kad srovė būtų efektyviau valdoma, priemaių koncentracija kanale parenkama daug maesnė nei priemaių koncentracija utūros 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 utūros įtampa valdo kanalo storį, kanalo varą ir santakos srovę (4 pav., a).
Jei įtampa tarp utūros ir itakos neveikia (), o įtampa tarp santakos ir
itakos nedidelė, tranzistoriaus kanalą galima nagrinėti kaip
ominę varą. 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 vara. Veikiant įtampai , prie santakos pn sandūros susiliečia (3 pav., b),
kanalo vara 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: udaroji, ominės veikos, soties ir pramuimo. Sandūrinio lauko tranzistoriaus įėjimo grandinėje yra udara pn sandūra. Todėl jo įėjimo vara 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. Atsivelgiant 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 maėja jo vara.
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 utūros 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 utūros ir p pagrindo. Pagrindą P galima panaudoti kaip antrąją utūrą. Jeigu jis sujungiamas su utūra 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 uaugintas 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. Utūros elektrodui panaudota tokia mediaga, kad tarp utūros elektrodo ir epitaksinio sluoksnio susidaro otkio barjeras. Veikiant utūros įtampai, nuskurdintasis sluoksnis po utūros 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 udaros. Taigi galimybės parinkti stipresnę santakos srovę ir gauti didesnį statumą yra ribotos. Pavojaus, kad utūra atsivers, nebūna, jeigu tarp jos ir kanalo yra ne pn sandūra, o dielektriko sluoksnis.
MOP tranzistoriuose (angl.: MOSFET metal-oxide-semiconductor FET) tarp kanalo ir utūros 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 utūros elektrodas. Tranzistoriaus pagrindas daniausiai esti sujungtas su itaka.
Kai tranzistorius įjungtas
pagal bendrosios itakos schemą, veikiant santakos-itakos įtampai , sudarytu pradiniu kanalu gali tekėti srovė. Jeigu
prijungiama teigiama utūros įtampa (), į kanalą i itakos ir santakos sričių
įtraukiami elektronai. Kanalo vara sumaėja. Per tranzistorių
tekanti srovė sustiprėja. Neigiama utūros įtampa stumia i
kanalo pagrindinius krūvininkus elektronus. Tada kanalo vara
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 utūros elektrodas, kuris su atsarga dengia tarpą tarp itakos ir santakos sričių.
Jeigu tarp utūros 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 utūros-itakos įtampą, po utūra galima sudaryti inversinį n sluoksnį indukuotąjį kanalą (10 pav., a). Didėjant utūros 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 utūros-itakos įtampa virija slenkstinę įtampą . Tada, veikiant nedidelei iėjimo (santakos-itakos) įtampai, tranzistoriaus kanalas veikia kaip tiesinė vara. Tačiau didėjant teigiamai iėjimo įtampai , pn sandūra tarp santakos srities ir pagrindo plečiasi. Potencialų skirtumas tarp utūros ir santakos maėja. Kai įtampa tampa maesnė 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
utūros ir santakos įtampų (11 pav.). Kadangi soties
sąlygomis MOP tranzistoriaus srovė maai 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 maėja jo vara.
MOP tranzistorių įėjimo varos nuolatinei srovei
būna labai didelės, siekia 10121015 W. Taigi įėjimo srovė esti labai silpna, nes tarp
utūros ir kanalo yra dielektriko sluoksnis. Kita vertus, is sluoksnis
būna plonas. Todėl lauko tranzistorius reikia saugoti nuo
statinių krūvių. Kadangi talpa tarp utūros 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 prieasčių lauko
tranzistoriai transportuojami laidiuose laikikliuose arba jų ivadai
būna sujungti laidiais iedais.
Jau aptarėme, kad įjungto pagal bendrosios itakos schemą lauko tranzistoriaus įėjimo vara esti labai didelė, įėjimo srovė labai silpna. Todėl galima laikyti, kad utūra yra visikai izoliuota nuo kanalo, o įėjimo srovė emųjų danių srityje lygi nuliui. Iėjimo (santakos) srovė bendruoju atveju yra įėjimo ir iėjimo įtampų funkcija:
(8)
čia įėjimo (utūros-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) vara.
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 maai 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 maesnis nei 40 V1. Taigi dvipolių tranzistorių perdavimo charakteristikos statumas didesnis nei lauko tranzistorių. Tačiau lauko tranzistoriai turi kitų svarbių privalumų: jie pasiymi didele įėjimo vara, 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 uauginamas 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 utūros-itakos įtampai, susidaro p sluoksnyje.
Augant daniui, lauko tranzistoriaus statumas maėja 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 danių srityje, krūvininko lėkio kanale trukmė.
Pagal (17) formulę galima apskaičiuoti danį , ties kuriuo statumas sumaėja karto. Kita vertus, daniausiai laikoma, kad lauko tranzistoriaus danines savybes lemia kitas reikinys tranzistoriaus įėjimo varos maėjimas didėjant daniui.
12 paveiksle, b, atvaizduota lauko tranzistoriaus ekvivalentinė grandinė, papildyta jo parazitinėmis talpomis talpa tarp utūros ir itakos , utūros ir santakos ir santakos ir itakos . Ji panai į dvipolio tranzistoriaus P pavidalo ekvivalentinę grandinę.
Dėl parazitinių talpų, augant daniui, maėja lauko tranzistoriaus įėjimo vara kintamajai srovei. Kai tranzistoriaus iėjime sudarytos trumpojo jungimo pagal kintamąją srovę sąlygos, jo įėjimo varą 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 daniui, tranzistoriaus įėjimo srovė stiprėja, tai ji gali tapti tokio pat stiprumo, kaip ir iėjimo srovė . Tada lauko tranzistorius nustoja stiprinti srovę. Danis, 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 varos ir talpos , laiko konstanta. į rezultatą galima interpretuoti taip: lauko tranzistoriaus danines savybes lemia jo talpų ir persikrovimo procesas; persikrovimo srovę riboja vara (kanalo vara) . Taigi laiko konstanta yra talpos, kuri susidaro tarp utūros ir kanalo, persikrovimo laiko pastovioji. Ji lygi krūvininkų lėkio kanale trukmei.
Taigi lauko tranzistoriaus danį ir jo danines savybes lemia krūvininkų lėkio kanale trukmė . Siekiant danį padidinti, reikia trumpinti kanalą. Kai kanalas labai trumpas, jame susikuria labai stiprus elektrinis laukas. Todėl auktadanių lauko tranzistorių kanaluose elektronai pasiekia maksimalų dreifo greitį . Tuomet
(21)
ir
. (22)
Įrodoma, kad lauko tranzistoriaus maksimalus galios stiprinimo arba generacijos danis ireikiamas formule
. (23)
Atlikta analizė leidia apibendrinti, kad lauko kaip ir dvipolių tranzistorių danines 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 uduotis
Pagal inyną lauko tranzistoriaus =3 V. Kai =0, srovė 9 mA. Tranzistoriaus iėjimo vara =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 danį 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.
; 21=1 pF.
; 1,51=0,5 pF.
Tada
320 MHz
ir
0,5 ns.
2 uduotis
Silicio lauko tranzistoriaus n kanalo ilgis 0,3 mm. Raskime danį . Maksimalus elektronų greitis silicyje apie 107 cm/s.
Sprendimas
Pagal (22)
.
Lauko tranzistoriuje srovė teka kanalu, sudarytu tarp itakos ir santakos. Srovės stiprumą valdo utūros įtampa. Kanale srovę kuria pagrindiniai vieno enklo krūvininkai. Todėl lauko tranzistoriai dar vadinami vienpoliais tranzistoriais. Pagal utūros tipą lauko tranzistoriai skirstomi į dvi grupes sandūrinius lauko tranzistorius ir tranzistorius su izuoliuotąja utūra. Tranzistoriai su izoliuotąja utūra daniau 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 utūros vaidmenį. Tokiame tranzistoriuje, didėjant utūros neigiamai įtampai , plečiasi pn sandūros, maėja kanalo storis, didėja jo vara ir maėja kanale tekančios srovės stiprumas. Taip utūros įtampa valdo per tranzistorių tekančią srovę .
MOP tranzistoriuje su pradiniu kanalu tarp kanalo ir metalinio utūros 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 utūros įtampai, i n+ itakos ir santakos sričių į kanalą įtraukiami elektronai. Padidėjus pagrindinių krūvininkų koncentracijai, kanalo vara sumaėja. Neigiama utūros įtampa stumia i kanalo elektronus. Todėl, didėjant neigiamai utūros įtampai, kanalo vara didėja. Taip utūros įtampa valdo kanalo varą 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 utūros elektrodas. Teigiamai utūros įtampai virijus slenkstinę, po utūra susidaro inversinis n sluoksnis kanalas. Didėjant utūros 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 udara pn sandūra arba izoliuotas nuo kanalo utūros elektrodas. Todėl lauko tranzistoriams būdinga didelė įėjimo vara ir maa įėjimo srovė.
Lauko tranzistoriaus santakos srovės priklausomybė nuo įtampų nusakoma jo perdavimo ir iėjimo charakteristikomis. Stiprintuvuose lauko tranzistoriams daniausiai sudaromos soties veikos sąlygos. Soties sąlygomis lauko tranzistoriaus iėjimo srovė maai 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.
emųjų danių srityje lauko tranzistorių galima pakeisti jo ekvivalentine grandine, sudaryta i įėjimo įtampos valdomo srovės altinio ir lygiagrečiai jam prijungtos tranzistoriaus iėjimo varos . Auktųjų danių srityje ekvivalentinės grandinės schemą reikia papildyti tranzistoriaus parazitinėmis talpomis. Tada ji įgyja P pavidalą.
Didėjant daniui, didėja lauko tranzistoriaus įėjimo talpinė srovė. Tranzistoriaus srovės stiprinimo koeficientas maėja. Kai danis pasiekia , srovės stiprinimo koeficientas sumaėja iki 1. Įrodoma, kad danis 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 daninės savybės.
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 didiausią srovės stiprinimo danį .
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 |
Vizualizari: 5235
Importanta:
Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2024 . All rights reserved