Электроника ВАХ Диода Шоттки

1.

Электроника
ВАХ Диода Шоттки
1

2.

Электроника
ВАХ невыпрямляющего омические контакта
2

3.

Электроника
Полевые транзисторы
(Field Effect Transistor)
Конструкция прибора, запатентованного
Ю. Лилиенфельдом в 1925 г.
3

4.

Электроника
Планарные полевые транзисторы с управляющим p–n-переходом и барьером
Шоттки
4

5.

Электроника
Junction Field Effect Transistor
5

6.

Электроника
6

7.

Электроника
7

8.

Электроника
8

9. Типичные ВАХ полевого транзистора с управляющим P-N переходом.

Электроника
Типичные ВАХ полевого транзистора с управляющим P-N переходом.
Iс (mA)
Iс (mА)
4
Uзи = 0 В
4
3
Uзи = -1 В
3
2
Uзи = -2 В
2
1
Uзи = -3 В
1
Uси= +10В
Uотс
5
10
15
20 Uси (В)
-4 -3 -2 -1 0
Uзи (В)
ВАХ полевого транзистора с управляющим P-N переходом и каналом N- типа
9

10. metal–oxide–semiconductor field-effect transistor (MOSFET) Полевой транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом

Электроника
metal–oxide–semiconductor field-effect transistor (MOSFET)
Полевой транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом
10

11.

Электроника
Полевой транзистор с изолированным затвором и встроенным каналом
Полевой транзистор с изолированным затвором и
встроенным каналом N –типа. МОП -транзистор
металл (Al)
Исток
Затвор
Сток
N+
N+
N
диэлектрик
(SiO2)
полупроводник
(Si +Sb)
P
встроенный
канал
Подложка
11

12.

Электроника
Принцип действия полевого транзистора с изолированным затвором и
индуцированным каналом
12

13.

Электроника
ВАХ транзистора с изолированным затвором и индуцированным каналом
13

14.

Электроника
ВАХ транзистора с изолированным затвором и встроенным каналом
14

15.

Электроника
Iс (mA)
Iс (mА)
Uси= +10В
4
Uзи= 8 В
4
3
Uзи= 7 В
3
2
Uзи= 6 В
2
1
Uзи= 5 В
1
0
5
10
15
20
Uси (В)
4
Uзи (В)
Типичная ВАХ полевого транзистора с изолированным затвором и
индуцированным каналом N- типа
15

16.

Электроника
Iс (mA)
Iс (mА)
Uси= +10В
4
Uзи= 2 В
4
3
Uзи= 1 В
3
2
Uзи= 0 В
2
1
Uзи= -1 В
1
5
10
15
20
Uси (В)
-1 0 1
Uзи (В)
Типичная ВАХ полевого транзистора с изолированным затвором и
встроенным каналом N- типа
16

17.

Электроника
Условные обозначения
17

18.

Электроника
исток (англ. source) — электрод, из которого в канал входят основные носители заряда;
сток (англ. drain) — электрод, через который из канала уходят основные носители
заряда;
затвор (англ. gate) — электрод, служащий для регулирования поперечного сечения
18
канала.

19.

Электроника
Сравнения ВАХ
Iс (mA)
Iс (mА)
4
Uзи = 0 В
4
3
Uзи = -1 В
3
2
Uзи = -2 В
2
1
Uзи = -3 В
1
Iс (mA)
Uси= +10В
Iс (mА)
Uси= +10В
4
Uзи= 8 В
4
3
Uзи= 7 В
3
2
Uзи= 6 В
2
1
Uзи= 5 В
1
Uотс
5
10
15
20 Uси (В)
-4 -3 -2 -1 0
0
Uзи (В)
10
15
20
Uси (В)
4
Uзи (В)
Типичная ВАХ полевого транзистора с изолированным затвором и
индуцированным каналом N- типа
ВАХ полевого транзистора с управляющим P-N переходом и каналом N- типа
Iс (mA)
5
Iс (mА)
Uси= +10В
4
Uзи= 2 В
4
3
Uзи= 1 В
3
2
Uзи= 0 В
2
1
Uзи= -1 В
1
5
10
15
20
Uси (В)
-1 0 1
Uзи (В)
Типичная ВАХ полевого транзистора с изолированным затвором и
встроенным каналом N- типа
19

20.

Электроника
Параметры полевого транзистора
Основной параметр ПТ – крутизна – характеризует усилительные свойства
полевого транзистора в области насыщения и измеряется
в сименсах (Сим) или – как чаще принято называть – в миллиамперах на
вольт:
S
I c
U зи
1...10 mA V
U си const
Выходное (внутреннее) сопротивление Ri , называемое также
дифференциальным сопротивлением, представляет сопротивление канала
ПТ переменному току:
Ri
U си
I c
10 КОм
U зи const
Входное сопротивление:
Ri
U зи
I з
20
1 МОм
U си const

21.

Электроника
Модели полевого транзистора
21

22.

Электроника
Модели полевого транзистора
22

23.

Электроника
Упрощенная математическая полевого транзистора
I D I S , IG 0
здесь переобозначено K S
23

24.

Электроника
Схемы включения полевых транзисторов
24

25.

Электроника
25

26.

Электроника
26

27.

Электроника
27

28.

Электроника
I D
1
R U GS U DS
R U GS 0 u
r
R U GS
U GS
S U GS
1
U DS U th
1
1
u
S U GS 0 u U DS U th S U GS 0 U DS U th S U GS 0 U DS U th 2
u
S U GS 0 U DS U th
2
28

29.

Электроника
29

30.

Электроника
Преимущества и недостатки полевых транзисторов перед биполярными.
Полевые транзисторы практически вытеснили биполярные в ряде применений. Самое
широкое распространение они получили в интегральных схемах в качестве ключей
(электронных переключателей)
Главные преимущества полевых транзисторов
Благодаря очень высокому входному сопротивлению, цепь полевых транзисторов
расходует крайне мало энергии, так как практически не потребляет входного тока.
Усиление по току у полевых транзисторов намного выше, чем у биполярных.
Значительно выше помехоустойчивость и надежность работы, поскольку из-за
отсутствия тока через затвор транзистора, управляющая цепь со стороны затвора
изолирована от выходной цепи со стороны стока и истока.
У полевых транзисторов на порядок выше скорость перехода между состояниями
проводимости и непроводимости тока. Поэтому они могут работать на более высоких
частотах, чем биполярные.
30

31.

Электроника
Главные недостатки полевых транзисторов
Структура полевых транзисторов начинает разрушаться при меньшей температуре
(150С), чем структура биполярных транзисторов (200С).
Несмотря на то, что полевые транзисторы потребляют намного меньше энергии, по
сравнению с биполярными транзисторами, при работе на высоких частотах ситуация
кардинально меняется. На частотах выше, примерно, чем 1.5 GHz, потребление энергии
у МОП-транзисторов начинает возрастать по экспоненте. Поэтому скорость
процессоров перестала так стремительно расти, и их производители перешли на
стратегию «многоядерности».
Значительным недостатком JFET по сравнению с биполярным транзистором является
очень низкий коэффициент усиления по напряжению. Если построить усилитель на
основе одного прибора JFET, можно добиться Vout/Vin в лучшем случае около 20. При
аналогичном использовании биполярного транзистора с высокой β (коэффициент
усиления биполярного транзистора – ток коллектора/ток базы) можно достигнуть
Vout/Vin в несколько сотен.
Поэтому для качественных усилителей нередко используются совместно оба типа
транзисторов. Например, благодаря очень высокому Rin полевого транзистора,
добиваются большого усиления сигнала по току. А уже потом, с помощью биполярного
транзистора усиливают сигнал по напряжению.
31

32.

Электроника
При изготовлении мощных МОП-транзисторов, в их структуре возникает
«паразитный» биполярный транзистор. Для того, чтобы нейтрализовать его влияние,
подложку закорачивают с истоком. Это эквивалентно закорачиванию базы и эмиттера
паразитного транзистора. В результате напряжение между базой и эмиттером
биполярного транзистора никогда на достигнет необходимого, чтобы он открылся
(около 0.6 В необходимо, чтобы PN-переход внутри прибора начал проводить). Однако,
при быстром скачке напряжения между стоком и истоком полевого транзистора,
паразитный транзистор может случайно открыться, в результате чего, вся схема может
выйти из строя.
32

33.

Электроника
Важнейшим недостатком полевых транзисторов является их чувствительность к
статическому электричеству. Поскольку изоляционный слой диэлектрика на затворе
чрезвычайно тонкий, иногда даже относительно невысокого напряжения бывает
достаточно, чтоб его разрушить. А разряды статического электричества,
присутствующего практически в каждой среде, могут достигать несколько тысяч вольт.
Поэтому внешние корпуса полевых транзисторов стараются создавать таким образом,
чтоб минимизировать возможность возникновения нежелательного напряжения между
электродами прибора. Одним из таких методов является закорачивание истока с
подложкой и их заземление. Также в некоторых моделях используют специально
встроенный диод между стоком и истоком. При работе с интегральными схемами
(чипами), состоящими преимущественно из полевых транзисторов, желательно
использовать заземленные антистатические браслеты. При транспортировке
интегральных схем используют вакуумные антистатические упаковки
33