Презентация "Основы электроники. Полевые транзисторы."

Слайд #1

Полевые транзисторы
Идея работы полевого транзистора была высказана в
1930 г. В 1952 г. принцип работы удалось реализовать японскому ученому Есаки.

Слайд #2

полевые транзисторы
Полупроводниковый электропреобразовательный прибор, способный усиливать мощность электрических сигналов.
Особенность работы транзисторов состоит в том, что:
- выходной ток управляется с помощью электрического поля,
- в процессе протекания электрического тока участвуют только основные носители.
Поэтому такие транзисторы называют униполярными.

Слайд #3

4.1 Классификация ПТ
ПТ
с p-n-переходом
МДП-транзистор
n-канальный
р-канальный
встроен. канал
индуцир. канал
n-канальный
n-канальный
р-канальный
МДП - металл, диэлектрик, полупроводник

Слайд #4

Классификация ПТ
- с управляющим p-n-переходом,
с изоляцией диэлектриком - МДП-транзисторы.
В зависимости от того, как изолирован управляющий электрод от управляемого канала различают транзисторы:
Если в качестве изолятора используется SiO2 – двуокись кремния – то транзистор называют
МОП-структурой (металл-окисел-полупроводник).

Слайд #5

Классификация ПТ
- индуцированный канал.
- n-типа (n-канальные),
- р-типа (р-канальные).
В зависимости от конструктивного исполнения проводящего канала различают транзисторы:
встроенный канал,
В зависимости от того, какие носители являются переносчиками тока, различают:
Встроенный канал организуется при технологическом изготовлении транзистора.
Индуцированный канал образуется во время работы транзистора.

Слайд #6

Система обозначений полевого транзистора
Транзистор с управляющим p-n-переходом
С
И
З
n-канальный
р-типа
Транзистор со встроенным каналом
n-канальный
П
р-канальный
П
Транзистор с индуцированным каналом
n-канальный
П
З
З
И
Подложку П технологически
соединяют с истоком.
Иногда подложку выводят отдельным выводом.

Слайд #7

Принцип работы ПТ
Структура ПТ с управляющим p-n-переходом
ПТ представляет собой пластину слаболегированного полупроводника n-типа, на боковой грани которой сформирована область обогащенного полупроводника
р-типа. Эти области образуют p-n-переход.
Сток (С)
Исток (И)
Затвор (З)
р
n-
+
р-n-
Канал
+ Uси
Uзи –
+
–
Ic

Слайд #8

Сток (С)
Исток (И)
Затвор (З)
р
n-
+
р-n-
Канал
Uзи –
+
–
Ic
Электрод, через который в канал втекают носители тока называется исток (и).
Электрод, через который носители тока вытекают из канала – сток.
Электрод, называемый затвором, предназначен для регулирования поперечного сечения канала .
Концентрация носителей n-типа в канале много меньше концентрации дырок в области затвора.
Поэтому область
p-n-перехода, обедненная носителями, будет располагаться в основном, в канале.

Слайд #9

Принцип работы ПТ
Подключим к структуре внешние источники напряжения.
Управляющий p-n-переход включен в обратном направлении и имеет высокое сопротивление.
Принцип действия такого транзистора заключается в
том, что при изменении напряжения на затворе
изменяется толщина обедненного слоя, а следовательно,
изменяется сечение канала, проводимость канала и ток
стока.
Т.е. изменением напряжения на затворе можно управлять током стока.

Слайд #10

Принцип работы ПТ
При некотором напряжении Uзи канал полностью
перекроется обедненной область p-n-перехода и ток стока
уменьшится до нуля.
Это напряжение является параметром транзистора и называется напряжением отсечки тока стока Uзи.отс.
Примем Uзи = 0. При небольших напряжениях
сток-исток Uси канал ведет себя как линейное сопротивление. По мере роста напряжения обедненный слой будет расширяться, причем около стока в большей мере, чем около истока. Сечение канала будет уменьшаться и рост тока замедлится.
Начиная с напряжения Uси = Uзи.отс в транзисторе будет наблюдаться режим насыщения. Этот эффект называют эффектом модуляции длины канала.

Слайд #11

Вольт-амперные характеристики ПТ
Основными статическими характеристиками полевого
транзистора являются:
выходная или стоковая Ic = ƒ(Uси, Uзи),
передаточная или стокозатворная Ic = ƒ(Uзи, Uси) .
Выходная ВАХ Ic = ƒ(Uси, Uзи)
Ic, мА
Uси, В
4


2
4 8 12 16 20
Uси.проб.
Uзи = 0
Uзи = 0,5В
Uзи = 1,0В
Uзи = 1,5В
Ic.нач

Слайд #12

Вольт-амперные характеристики ПТ
Стокозатворная характеристика Ic = ƒ(Uзи, Uси)
Uзи В
Ic мА
4
2
Ic.нач
- 2,0 - 1,0
Uси = 10В
Uси = 5В
∆Uзи
∆Ic
∆Uси
Эта характеристика хорошо описывается выражением
Ic =
Ic.нач (1 -
Uзи
Uзи.отс
)
2
•

Слайд #13

Параметры ПТ
В общем случае ВАХ транзистора являются нелинейными.
Однако при небольших значениях переменных составляющих напряжений и токов полевой транзистор можно считать линейным элементом.
Параметры, характеризующие свойство транзистора
усиливать напряжение
крутизна S =

дифференциальное сопротивление сток-исток
∆Ic
∆Uзи
Uси = const
rси =
∆Uси
∆Ic
Uзи = const
- коэффициент усиления по напряжению
μ =
∆Uси
∆Uзи
Iс = const
[Ом ]
мА
В
[ ]

Слайд #14

Параметры ПТ
Малосигнальные параметры связаны соотношением
μ =
S
•
rси
Параметры транзистора можно определить экспериментально, как показано на входной ВАХ.
Значение параметров зависит от точки ВАХ, в которой они определялись.
Возможны три схемы включения полевого транзистора:
с общим истоком, общим стоком, общим затвором.
Наибольшее применение находит схема ОИ.
В рабочем режиме в цепи затвора протекает ток
обратносмещенного p-n-перехода, составляющий единицы
наноампер.
Полевой транзистор имеет высокое входное сопротивление, что является одним из основных его достоинств.

Слайд #15

Полевые транзисторы с изолированным затвором
В транзисторах этого типа затвор отделен от полупроводника (канала) слоем диэлектрика. Если используется двуокись кремния SiO2, то транзисторы обозначают аббревиатурой МОП.
МДП транзисторы делятся на два типа:
- со встроенным каналом (обедненного типа),
- с индуцированным каналом (обогащенного типа).
Канал может быть n-типа или р-типа.
Особенность транзисторов данного типа – очень высокое входное сопротивление, поскольку управляющий затвор отделен от остальной структуры слоем изолятора.

Слайд #16

МДП транзистор со встроенным каналом
С
И
З
Металл Al
SiO2
p-
p-типа
n -
+
n -
+
канал n-типа
П -подложка
- + Uси
- Uзи
Транзистор может работать в двух режимах:
- обеднения,
- обогащения.
Ic

Слайд #17

Встроенный канал
Режим обеднения.
На затвор подается отрицательное напряжение по отношению к истоку.
Под действием электрического поля электроны выталкиваются из подзатворной области, канал обедняется носителями и ток стока уменьшается.
Режим обогащения.
На затвор подается положительное напряжение по отношению к истоку.
Под действием электрического поля электроны втягиваются в подзатворную область, канал обогащается носителями и ток стока увеличивается.

Слайд #18

МДП транзисторы с индуцированным каналом
С
И
З
Металл Al
SiO2
n-
n-типа
p -
+
p -
+
П -подложка
+ - Uси
- Uзи
Ic
Транзистор может работать только в режиме обогащения.

Слайд #19

МДП транзисторы с индуцированным каналом
Режим обогащения.
На затвор подается отрицательное напряжение по отношению к истоку.
Под действием электрического поля электроны выталкиваются из подзатворной области,
канал обогащается носителями р-типа и образуется канал, начинает протекать ток стока.
До некоторого напряжения Uпор канал отсутствует и
транзистор закрыт.

Слайд #20

МЕП транзисторы
МЕП - металл-полупроводник
В последнее время широкое распространение получили транзисторы
с управляющим p-n-переходом.
Металлический затвор с полупроводником образует барьер Шоттки.
Канал n-типа образуется обедненной областью барьера.
Транзистор этого типа может работать как в режиме обеднения так и в режиме обогащения.
С
И
З
Металл Al
SiO2
p-
p-типа GaAs
n -
+
n -
+
П -подложка
канал n-типа
Транзисторы используются в мощных быстродействующих устройствах

Слайд #21

https://www.youtube.com/watch?time_continue=742&v=yBhoeVSpJ_E
Советский научно-популярный фильм
https://www.youtube.com/watch?v=z7xSAOriyhY
Электроника. Схемы подключения БТ
https://www.youtube.com/watch?v=6Xf8bbv6v0k
Полевые транзисторы