X-PDF

Полевые транзисторы

Поделиться статьей

Следующая группа компонентов на рис. 8.1 –полевые транзисторы. Свойства полевых транзисторов сильно отличаются от свойств биполярных транзисторов тем, что управляющей величиной является не ток, а напряжение. Поэтому полевые (FET) транзисторы имеют весьма большое входное сопротивление.

Полевые транзисторы (ПТ) имеют обычно три вывода: исток, сток и затвор (управляющий электрод). В составе интегральных схем ПТ могут иметь другие выводы. Проводимость канала между истоком и стоком управляется напряжением между затвором и истоком.

В полевом транзисторе нет p-n перехода, который включен в прямом направлении (так в биполярном транзисторе включен переход база- эмиттер). Поэтому ток затвора практически равен нулю.

Бывают p- канальные ( проводимостьза счет дырок)и n- канальные ( проводимостьза счет электронов)ПТ.

Управляющие затворы бывают двух типов:

— с p-n – переходом (включен в обратном направлении!),

— с изолированным затвором (МОП или МДП — транзисторы),

Каналы могут различаться типами легирования (обогащенный и обедненный) и способом изготовления – встроенный (МДП) или индуцированный (МОП) каналы.

Существует большое разнообразие типов транзисторов, которое объясняется многими возможными комбинациями типов затворов и каналов. Ряд типов транзисторов, которые встроены в интегральные схемы имеют четвертый вывод – «подложку».

На рис.8.2 приведены примеры условных графических обозначений различных ПТ.

Рис.8.2. Примеры УГО полевых транзисторов:

1 и 2 –ПТ с p-n – переходом, соответственно, JFET типа с n – каналом и p – каналом .

3 и 4, 5 и 6 -ПТ трехэлектродные и четырехэлектродные, с обедненным каналом, соответственно .

7 и 8, 9 и 10 — 3-и 4- электродные NMOSFET и PMOSFET, с обогащенными каналами .

11, 12 –арсенид-галиевые, соответственно, с n –и p – каналами GASFET ПТ.

Примеры схемы включения и вольтамперные характеристики полевых транзисторов с p-n переходом приведены на рис. 8.3 и 8.4.

Рис. 8.3. Схема включения полевого транзистора с каналом n -типа “с общим истоком” (З-затвор, И-исток, С- Сток).

Рис. 8.4. Выходные (а) и передаточные (б) характеристики полевого МДП-транзистора с каналом n -типа.

Выходные характеристики ПТ – зависимости тока стока от напряжения между истоком и стоком при заданном управляющем напряжении между истоком и затвором. Пример реальных характеристик приведен на рис.8.5. Здесь функция – ток стока, аргумент – напряжение источника V1= U ИС=0…12В и параметр напряжение источника V2= U ЗИ=-2…0В.

Верхняя кривая соответствует U ЗИ=0В. При уменьшении управляющего напряжения U ЗИ кривые семейства располагаются ниже. При U ЗИ=-2В ток стока равен нулю.

Рис. 8.5. Семейство выходных характеристик ПТ.

Переходная характеристика снимается при фиксированном напряжении U ИС и изменении управляющего напряжения U ЗИ. Пример реальных переходных ВАХ ПТ в демонстрации demo8_2 приведен на рис. 8.6.

Рис.8.6. Семейство переходных характеристик полевого транзистора.

Здесь функция – ток стока. Аргументом является управляющее напряжение U ЗИ , которое меняется в источнике V2 пределах -2В…+0.6В, и параметром – напряжение между истоком и стоком U ИС в интервале 0…12В с шагом 0.5В (источник V1). Из графиков следует, что влиянием напряжения U ИС можно пренебречь, если U ИС&gt .3В. Такой же вывод следует из семейства выходных характеристик на рис. 8.5. На переходной характеристике есть линейный участок, на котором связь приращений тока и напряжения может быть выражена крутизной S=dIc/dUзи (мА/В).

При положительном напряжении U ИЗ наступает насыщение переходной характеристики, что видно на рис. 8.7. Ток стока не изменяется и ПТ теряет управляющие свойства.

Рис.8.7. (Demo8_2_.) Переходная характеристика ПТ при U ИС=12В.

Полевые транзисторы имеют очень малый ток затвора (10-8..10-9 А), поэтому они используются в программируемых постоянных запоминающих устройствах ППЗУ, например во флэш-памяти.

Эти элементы надо особенно защищать от статического электричества. Электрический заряд может накапливаться во входных цепях из-за высокого входного сопротивления. Этот заряд создает электрическое поле в ПТ, которое может вызвать электрический пробой и повреждение ПТ.

Из-за нулевого тока затвора для ПТ входная характеристика не используется.

Представленная информация была полезной?
ДА
58.55%
НЕТ
41.45%
Проголосовало: 982

Полевые транзисторы широко используются для усиления сигналов.

Демонстрационный пример усилителя напряжения (demo8_3) на полевом транзисторе приведен на рис. 8.8.

В этой схеме включены конденсаторы C1 и С2 для передачи сигналов и исключения зависимостей состояния полевого транзистора от цепей источника и приемника Rn сигналов по постоянным составляющим токов и напряжений. Резисторы R1, R2 и Rs устанавливают состояние транзистора по постоянному току. На резисторе Rc формируется выходное напряжение, которое передается на приемник Rn. Конденсатор С3 повышает коэффициент усиления, так как он уменьшает сопротивление участка цепи с резистором R1 по переменной составляющей. На рис.8.8 приведены осциллограммы входного (синяя кривая, правая ось ординат) и выходного (красная кривая, левая ось ординат).

Рис. 8.8. Схема усилительного каскада с полевым транзистором с общим истоком и осциллограммы входного (синяя, правая ось V) и выходного (красная, левая ось V) напряжений.

Коэффициент усиления по напряжению на частоте 1кГц составляет KU = 1.3В/100мВ = 13. Усилитель изменяет фазу сигнала на 180°.

Постоянная составляющая напряжения между затвором и истоком (U ЗИ, П = -832,4мВ) создается делителем напряжения R1-R2 и резистором RИ цепи истока и обеспечивает линейный режим усиления во всем диапазоне изменения входного напряжения..

Состояние полевого транзистора по постоянному току при заданных параметрах элементов усилителя определяется следующим образом.

Так как I з =0, то на резисторе R 2 постоянное напряжение

U R2 = E C* R 2/(R 1+ R 2).

Напряжение между затвором и истоком U ЗИ = U R2R ИIc (U ЗИ). Это выражение представим с переменной Ic в виде U ЗИ (Ic)= U R2R ИIc. Слева — функция переходной характеристики, представленная кривой 1 на рис.8.9. Справа линейная ВАХ – прямая линия 2, отсекающая на осях отрезки U R2 и U R2 / R И. Точка пересечения A определяет постоянные ток «покоя» стока Ic п и напряжение «покоя» U ЗИ, П.

Рис. 8.9. К определению рабочей точки покоя в цепи затвора.

Постоянное напряжение U CИ,П определяется по выходной характеристике следующим образом. Известное постоянное напряжение U ЗИ,Ппозволяет выбрать одну выходную характеристику IC (U CИ,П, U ЗИ,П).

Рис.8.11. К определению рабочей точки покоя в цепи стока.

Из контурного уравнения для участка E C, R C, ПТ, R И следует:

U CИ,П(IC, U ЗИ,П) = E C –(R C+ R И) IC. Это нелинейное уравнение решается графически на рис.8.11. пересечением выходной характеристики 1 и линии нагрузки 2, которая отсекает на осях отрезки E C и E C/(R C+ R И)

При выборе рабочей точки следуют методике, которая была рассмотрена для усилителя напряжения на биполярном транзисторе.

На рис.8.12 приведены амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики усилительного каскада.

Рис. 8.12. demo8_3. Частотные характеристики усилителя напряжения на полевом транзисторе.

В общем виде частотная характеристика усилителя напряжения на ПТ может быть получена с помощью линейной схемы замещения усилителя по постоянной составляющей, которая приведена на рис.8.13.

Рис.8.13. Схема замещения усилителя напряжения на ПТ в линейном режиме.

В схеме замещения на рис. 8.13 кроме элементов из схемы усилителя на рис.8.8 включены элементы схемы замещения полевого транзистора:

-источник тока iС=SuЗИ, отражающий усилительные свойства ПТ (S – крутизна переходной характеристики ПТ),

— внутреннее сопротивление ПТ R i, которое определяется наклоном выходных характеристик ПТ R i= d U СИ/d I C при неизменном напряжении U ЗИ,

— емкостный элемент С0, отражающий инерционные свойства транзистора и емкость ПТ между истоком и стоком.

В границах полосы пропускания усилителя реактивными сопротивлениями конденсаторов можно пренебречь. Тогда коэффициент усиления равен (если сопротивление нагрузки усилителя больше эквивалентного выходного сопротивления RЭК

KU= S*RЭК

RЭК=1/(1/Ri+1/Rc+1/Rk).

Из схемы замещения следует, что при низких частотах сигнала сопротивления емкостных элементов С1 и С2 велико и амплитуда напряжения на выходе усилителя U ВЫХ,m небольшая. На средних частотах сопротивлением всех емкостных элементов можно пренебречь и U ВЫХ,m наибольшее, на высоких частотах сказывается уменьшение сопротивления элемента С0 и U ВЫХ,m уменьшается.

Приведенное описание свойств усилителя напряжения на полевом транзисторе показывает общее его сходство с усилителем на биполярном транзисторе. Главное различие – в большой разнице значения входного сопротивления, которое в схеме с ПТ значительно больше.


Поделиться статьей
Автор статьи
Анастасия
Анастасия
Задать вопрос
Эксперт
Представленная информация была полезной?
ДА
58.55%
НЕТ
41.45%
Проголосовало: 982

или напишите нам прямо сейчас:

Написать в WhatsApp Написать в Telegram

ОБРАЗЦЫ ВОПРОСОВ ДЛЯ ТУРНИРА ЧГК

Поделиться статьей

Поделиться статьей(Выдержка из Чемпионата Днепропетровской области по «Что? Где? Когда?» среди юношей (09.11.2008) Редакторы: Оксана Балазанова, Александр Чижов) [Указания ведущим:


Поделиться статьей

ЛИТЕЙНЫЕ ДЕФЕКТЫ

Поделиться статьей

Поделиться статьейЛитейные дефекты — понятие относительное. Строго говоря, де­фект отливки следует рассматривать лишь как отступление от заданных требований. Например, одни


Поделиться статьей

Введение. Псковская Судная грамота – крупнейший памятник феодального права эпохи феодальной раздробленности на Руси

Поделиться статьей

Поделиться статьей1. Псковская Судная грамота – крупнейший памятник феодального права эпохи феодальной раздробленности на Руси. Специфика периода феодальной раздробленности –


Поделиться статьей

Нравственные проблемы современной биологии

Поделиться статьей

Поделиться статьейЭтические проблемы современной науки являются чрезвычайно актуальными и значимыми. В связи с экспоненциальным ростом той силы, которая попадает в


Поделиться статьей

Семейство Первоцветные — Primulaceae

Поделиться статьей

Поделиться статьейВключает 30 родов, около 1000 видов. Распространение: горные и умеренные области Северного полушария . многие виды произрастают в горах


Поделиться статьей

Вопрос 1. Понятие цены, функции и виды. Порядок ценообразования

Поделиться статьей

Поделиться статьейЦенообразование является важнейшим рычагом экономического управления. Цена как экономическая категория отражает общественно необходимые затраты на производство и реализацию туристского


Поделиться статьей

или напишите нам прямо сейчас:

Написать в WhatsApp Написать в Telegram
Заявка
на расчет