Общая характеристика схем включения транзисторов p-n-p типа.

 

Схемы	Iвх	Iвых	Ki	Rвх и Rвых	Uвх	Uвых	Ku	Kp	Инв
ОБ	Iэ	Iк	<1	Rвх < Rвых	Uэб	Uкб	>1	>1	Нет
ОЭ	Iб	Iк	>1	Rвх < Rвых	Uбэ	Uкэ	>1	>1	Да
ОК	Iб	Iэ	>1	Rвх > Rвых	Uбк	Uэк	<1	>1	Нет

 

 

Влияние температуры на работу полупроводниковых транзисторов. На работу транзисторов значительно влияет повышение температуры. При этом возрастает начальный ток коллектора, а, следовательно, это приводит к изменению характеристик транзистора. Например, для германиевого транзистора включённого по схеме ОБ при диапазоне нагрева от 20⁰С до 70⁰С Iко (начальный ток коллектора) увеличится в 2⁵ раз.

Известно, что Iк=Iко+ Iэ, (12.33)

где - не зависит от температуры, Iэ=const и поэтому незначительное увеличение Iк при повышении температуры практически не изменяет режим работы транзистора. В том случае, если транзистор включён по схеме ОЭ, то начальным током является сквозной ток и он возрастает при изменении температуры от 20⁰С до 70⁰С примерно в 2 раза. Очевидно, что такое возрастание тока приводит к резкому изменению выходных характеристик (зависимости Iк от Uкэ) транзистора, перемещается рабочая точка и режим усиления нарушается.

Полевые транзисторы.

Полевые транзисторы – это полупроводниковые приборы, предназначенные для преобразования и усиления электрических сигналов с помощью полевых транзисторов обусловлены потоком основных носителей, которые протекают через проводящий канал и управляются электрическим полем. В образовании выходного тока в полевых транзисторах участвуют только электроны или дырки, а поэтому эти полупроводниковые приборы ещё называются униполярными транзисторами.

Полевые транзисторы делятся на две группы: с управляющим p-n переходом и изолированным затвором, или МДП-транзисторы (металл-диэлектрик-полупроводник). Также к полевым транзисторам с изолированным затвором относятся МОП-транзисторы (металл-диоксид кремния-полупроводник)

В этих группах полевых транзисторов электроды обозначают истоком И (эмиттер-биполярного транзистора), затвором З (база биполярного транзистора) и стоком С (коллектор биполярного транзистора). На рис. 12-21 изображена упрощённая структура полевого транзистора с управляющим p-n переходом.

 

Рис. 12-21. Структурная схема полевого транзистора с управляющим p-n переходом.

Условное графическое изображение полевых транзисторов с управляющим p-n переходом с каналом n-типа и p-типа приведены на рис. 12-22 а, б

 

Рис. 12-22. Условное графическое обозначение полевого транзистора с управляющим p-n переходом с каналом n-типа (а), p-типа (б).

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом выполнен в виде пластины из полупроводника n-или p-типа (рис.1-21в данном случае рассматривается полупроводник n-типа). На гранях этой пластины созданы области p-типа электропроводности (3) и в результате образуются p-n переходы, а контакты областей «3» соеденены между собой. Объём пластины, расположенный между p-n переходом является каналом полевого транзистора. Если приложить к затвору отрицательное напряжение, то происходит обеднение электронами (основные носители) участков канала, примыкающих к затвору, ширина p-n перехода возрастает и увеличивается его сопротивление. Таким образом происходит управление сопротивлением канала. В том случае, если канал полевого транзистора p-типа, то при подаче положительного напряжения между затвором и истоком p-n переход расширяется и уменьшается толщина канала и, следовательно, увеличивает его сопротивление.

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом (канал n-типа) оказывается запертым (Iс=0) при обратном напряжении, которое называется напряжением отсечки Uзиотс. В этом случае p-n переходы сливаются и ток через канал не проходит. Напряжение насыщения: Uси(нас) = /Uзи(отс)/-/Uзи/…………………………………………………………..(12.34).

Режим, когда Uси>=Uсиназ называется режимом насыщения и рост тока Iс прекращается при увеличении Uси.

Полевые транзисторы имеют три схемы включения с общим истоком (ОИ) (а), общим стоком (ОС) (б) и с общим затвором (ОЗ) с каналом n-типа. Наиболее часто используемой схемой включения применяется схема с ОИ (рис. 12-23).

 

Рис. 12-23. Схема включения полевого транзистора с общим истоком.

 

Так же как у биполярных транзисторов полевые транзисторы имеют статические характеристики. Основной статической характеристикой полевого транзистора с управляющим p-n переходом - выходная (стоковая), которая показывает зависимость Iс от Uси при Uзи=const. Вольтамперная стоковая характеристика полевого транзистора с управляющим p-n переходом показана на рис. 12-24.

 

Рис. 12-24. Стоковая вольтамперная характеристика полевого транзистора с управляющим p-n переходом.

Из рис. 12-24 видно, что с повышением Uси электрический ток Iс увеличивается линейно, но при Uси=Uси(нас) ток стока не увеличивается. Для полевых транзисторов с управляющим p-n переходом зависимость Iс от отрицательного значения Uзи при Uси=const называют характеристиками прямой передачи или стокозатворной. Вольтамперная характеристика прямой передачи показана на рис. 12-25.

 

Рис. 12-25. Вольт-амперная характеристика прямой передачи (стокозатворной) полевых транзисторов.

Параметрами полевых транзисторов с управляющим p-n переходом являются крутизна стокозатворной характеристики, входное и выходное дифференциальное сопротивление, напряжение отсечки, междуэлектродные электрические ёмкости, коэффициент усиления.

Крутизна стокозатворной характеристики характеризует управляющее действие затвора и её измеряют при Uзн= данное и Uси=const.

S=dIс/dUзи ………………….(12.35)

 

Входное дифференциальное сопротивление очень большое (10⁸-10¹⁰ Ом) и связано это с тем, что концентрация неосновных носителей в канале небольшая и поэтому обратный ток невелик и практически не зависит от /Uзи/. Выходное дифференциальное сопротивление электрической цепи стока определяют по формуле: при Uзи=const. Напряжение отсечки – это напряжение на затворе при Ic=0 и Uси=0.

Междуэлектродные электрические ёмкости – это электроёмкости между затвором и истоком, между затвором и стоком, между стоком и истоком.

 

Коэффициент усиления К=dUис/dUзи, ……………….(12.36)

где Uзи – заданное при Iс=const.

 

Можно также рассчитать коэффициент усиления по следующей формуле:

 

К=S ^. Rис_диф (12.37)

 

Для расчёта схем на полевых транзисторах используют схемы замещения (рис. 12-26)

 

 

Рис. 12-26. Схема замещения полевого транзистора:

Сзс – электроёмкость между затвором и истоком; Rси – дифференциальное выходное сопротивление; Uзи – источник тока, управляемого напряжением на затворе Uзи, Сзи – электроёмкость между затвором и истоком.