Полевые транзисторы

Содержание

Слайд 2

Идея полевого транзистора была предложена Юлием Эдгаром Лилиенфельдом(1882-1963) в 1926—1928 годах.

Идея полевого транзистора была предложена Юлием Эдгаром Лилиенфельдом(1882-1963) в 1926—1928 годах.


Первый работающий прибор этого типа - 1960 год

Ю.Э. Лилиенельд

Слайд 3

Полевой транзистор - – это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены

Полевой транзистор - – это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены

потоком основных носителей заряда, протекающим через токопроводящий канал, и управляемым электрическим полем.
Слайд 4

Полевые транзисторы - Полевые транзисторы называют также униполярными, так как в

Полевые транзисторы -

Полевые транзисторы называют также униполярными, так как в процессе

протекания электрического тока участвует только один вид носителей.

Внешний вид

Слайд 5

Классификация

Классификация

Слайд 6

Все полярности напряжений смещения, подаваемых на электроды транзисторов с n- и

Все полярности напряжений смещения, подаваемых на электроды транзисторов с n- и

с p-каналом, противоположны.

ПТ с управляющим p-n-переходом

Слайд 7

Полевой транзистор с p-n-переходом

Полевой транзистор с p-n-переходом

Слайд 8

УГО ПТ с управляющим переходом n-канальный p-канальный

УГО ПТ с управляющим переходом

n-канальный

p-канальный

Слайд 9

Исток - источник носителей тока, управляющий электрод ( на него подают

Исток - источник носителей тока, управляющий электрод ( на него подают

управляющее напряжение)
Затвор - управляющий электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала
Сток - электрод, куда стекают носители и с которого снимается выходной ток
Слайд 10

Управление током стока, то есть током от внешнего относительно мощного источника

Управление током стока, то есть током от внешнего относительно мощного источника

питания в цепи нагрузки, происходит при изменении обратного напряжения на p-n переходе затвора (или на двух p-n переходах одновременно).
Слайд 11

В связи с незначительностью обратных токов p-n перехода мощность, необходимая для

В связи с незначительностью обратных токов p-n перехода мощность, необходимая для

управления током стока и потребляемая от источника сигнала в цепи затвора, оказывается ничтожно малой.
Слайд 12

Принцип включения И-С включается так, что бы основные носители в канале двигались от И к С

Принцип включения

И-С включается так, что бы основные носители в канале двигались

от И к С
Слайд 13

Принцип действия ПТ с управляющим переходом заключён в изменении площади сечения

Принцип действия

ПТ с управляющим переходом заключён в изменении площади сечения канала

под воздействием поля, возникающего при подаче напряжения между затвором и истоком.
Слайд 14

Режимы работы Режим насыщения Режим обеднения Режим отсечки

Режимы работы

Режим насыщения
Режим обеднения
Режим отсечки

Слайд 15

Режим насыщения Пока между затвором и истоком не подано напряжение управления,

Режим насыщения

Пока между затвором и истоком не подано напряжение управления,
под

воздействием внутреннего поля электронно-дырочных переходов З и И заперты,
сечение канала наиболее велико,
Сопротивление канала низкое,
ток стока транзистора максимален.
Напряжение затвор-исток, при котором ток стока наиболее велик, называют напряжением насыщения.
Слайд 16

Режим обеднения Между затвором и истоком приложено небольшое напряжение, ещё немного

Режим обеднения

Между затвором и истоком приложено небольшое напряжение, ещё немного закрывающее

p-n переходы,
Зоны, к которым подсоединён затвор обеднены носителями заряда,
размеры объёмного заряда зон, к которым подсоединён затвор возрастут, частично перекрывая сечение канала,
сопротивление канала возрастает, и сила тока стока уменьшается.
Слайд 17

Обеднённые носителями заряда области почти не проводят электрический ток, причём эти

Обеднённые носителями заряда области почти не проводят электрический ток, причём эти

области неравномерны по длине пластины полупроводника.
Слайд 18

у торца пластинки (вывод стока) обеднённые носителями заряда области будут наиболее

у торца пластинки (вывод стока) обеднённые носителями заряда области будут наиболее

перекрывать канал
- у противоположного торца (вывод истока), снижение площади сечения канала будет наименьшим.
Слайд 19

Режим отсечки Если приложить ещё большее напряжение между затвором и истоком,

Режим отсечки

Если приложить ещё большее напряжение между затвором и истоком,
то

области, обеднённые носителями заряда, станут столь велики, что сечение канала может быть ими полностью перекрыто.
При этом сопротивление канала будет наибольшим, ток стока будет практически отсутствовать.
Напряжение затвор-исток, соответствующее такому случаю, именуют напряжением отсечки.
Слайд 20

Характеристики ПТ Стокозатворная характеристика зависимость Ic от Uзи при фиксированном напряжении сток-исток Uси = const.

Характеристики ПТ

Стокозатворная характеристика зависимость Ic от Uзи при фиксированном напряжении

сток-исток
Uси = const.
Слайд 21

Характеристики ПТ Семейство стоковых характеристик зависимости Ic от Uси при фиксированных

Характеристики ПТ

Семейство стоковых характеристик зависимости Ic от Uси при фиксированных

стабильных напряжениях затвор-исток
Uзи = const.
Слайд 22

Схемы включения ПТ Схема с ОИ на практике чаще всего применяется,

Схемы включения ПТ

Схема с ОИ
на практике чаще всего применяется,
аналогичная

схеме на биполярном транзисторе с общим эмиттером (ОЭ).
Каскад с общим истоком даёт очень большое усиление тока и мощности
Слайд 23

Слайд 24

Схемы включения ПТ Схема с ОС Применяется для согласования цепей усилительных

Схемы включения ПТ

Схема с ОС
Применяется для согласования цепей усилительных каскадов
Истоковый повторитель
µ

(U) < 1
R (вх) высокое
Слайд 25

Слайд 26

Слайд 27

Схемы включения ПТ Схема с ОЗ аналогична схеме с общей базой

Схемы включения ПТ

Схема с ОЗ
аналогична схеме с общей базой (ОБ)

БТ.
каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, в связи с чем он имеет ограниченное практическое применение в усилительной технике.
Она не даёт усиления тока, усиление мощности во много раз меньше, чем в схеме ОИ
Слайд 28

Слайд 29

ПТ с изолированным затвором В соответствии с их структурой такие транзисторы

ПТ с изолированным затвором
В соответствии с их структурой такие транзисторы называют

МДП-транзисторами (металл-диэлектрик-полупроводник) или
МОП-транзисторами (металл-оксид-полупроводник).
SiO2
Слайд 30

ПТ с изолированным затвором это полевой транзистор, затвор которого отделён в

ПТ с изолированным затвором

это полевой транзистор, затвор которого отделён в электрическом

отношении от канала слоем диэлектрика
Слайд 31

и, следовательно, заметный ток стока появляется только при определённой полярности и

и, следовательно, заметный ток стока появляется только при определённой полярности и

при определённом значении напряжения на затворе относительно истока, которое называют
пороговым напряжением
(UЗИ пор).
Слайд 32

В МОП-транзисторах со встроенным каналом (рис. б) у поверхности полупроводника под

В МОП-транзисторах со встроенным каналом

(рис. б)
у поверхности полупроводника под

затвором при нулевом напряжении на затворе относительно истока существует инверсный слой — канал, который соединяет исток со стоком.
Слайд 33

УГО МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа (а) и p-типа (б)

УГО МДП-транзистора со встроенным каналом

n-типа (а) и
p-типа (б)

Слайд 34

Выходные статические (a) и сток-затворная характеристики (b) МДП-транзистора со встроенным каналом.

Выходные статические (a) и сток-затворная характеристики (b) МДП-транзистора со встроенным каналом.

Слайд 35

В МОП-транзисторах с индуцированным каналом (рис. а) проводящий канал между сильнолегированными областями истока и стока отсутствует

В МОП-транзисторах с индуцированным каналом

(рис. а)
проводящий канал между сильнолегированными

областями истока и стока отсутствует
Слайд 36

УГО МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа (а) и p-типа (б)

УГО МДП-транзистора с индуцированным каналом

n-типа (а) и
p-типа (б)

Слайд 37

Статические характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом

Статические характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом

Слайд 38

Получение МДП структуры В кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением,

Получение МДП структуры

В кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением, который

называют подложкой, созданы две сильнолегированные области с противоположным относительно подложки типом проводимости.
На эти области нанесены металлические электроды — исток и сток. Расстояние между сильно легированными областями истока и стока может быть меньше микрона.
Слайд 39

Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка

Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем (порядка

0,1 мкм) диэлектрика.
Так как исходным полупроводником для ПТ обычно является кремний, то в качестве диэлектрика используется слой двуокиси кремния SiO2, выращенный на поверхности кристалла кремния путём высокотемпературного окисления.
Слайд 40

На слой диэлектрика нанесён металлический электрод — затвор. Получается структура, состоящая

На слой диэлектрика нанесён металлический электрод — затвор.
Получается структура, состоящая

из металла, диэлектрика и полупроводника.
Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют МДП-транзисторами.
Слайд 41

. От БТ полевой транзистор отличается во-первых, принципом действия: в биполярном

.

От БТ полевой транзистор отличается

во-первых, принципом действия:
в биполярном

транзисторе управление выходным сигналом производится входным током,
а в полевом транзисторе — управление выходным сигналом производится входным напряжением или электрическим полем
Слайд 42

От БТ полевой транзистор отличается Во-вторых, полевые транзисторы имеют значительно большие

От БТ полевой транзистор отличается

Во-вторых, полевые транзисторы имеют значительно большие входные

сопротивления, что связано с обратным смещением p-n-перехода затвора в ПТ с управляющим переходом
Слайд 43

От БТ полевой транзистор отличается В-третьих, полевые транзисторы могут обладать низким

От БТ полевой транзистор отличается

В-третьих, полевые транзисторы могут обладать низким

уровнем шума (особенно на низких частотах), так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда и канал полевого транзистора может быть отделён от поверхности полупроводникового кристалла.
Процессы рекомбинации носителей в p-n переходе и в базе биполярного транзистора, а также генерационно-рекомбинационные процессы на поверхности кристалла полупроводника сопровождаются возникновением низкочастотных шумов.
Слайд 44

Особенности ПТ 1. Практически полное отсутствие тока во входной цепи затвора,

Особенности ПТ

1. Практически полное отсутствие тока во входной цепи затвора, что

устраняет нелинейные искажения управляющего напряжения на затворе.
2. Низкий уровень нелинейных искажений при использовании транзисторов в схемах преобразователей частоты.
3. Большое разнообразие проходных характеристик, расширяющее функциональные возможности транзисторов.
4. Температурная стабильность режима.
5. Способность работы в условиях сверхнизких температур.
Слайд 45

Применение полевых транзисторов схемы ждущих и следящих устройств схемы малого потребления


Применение полевых транзисторов

схемы ждущих и следящих устройств
схемы малого потребления и

энергосбережения
радиопередающие устройства
звуковые усилители
сенсорные датчики
Слайд 46

Область применения широко используются в цифровых и аналоговых интегральных схемах. потребляют

Область применения

широко используются в цифровых и аналоговых интегральных схемах.
потребляют значительно меньше

энергии, что особенно актуально в схемах ждущих и следящих устройств, а также в схемах малого потребления и энергосбережения (реализация спящих режимов)
наручные кварцевые часы и пульт дистанционного управления для телевизора
Слайд 47

Область применения В радиопередающих устройствах позволяет получить повышенную частоту спектра излучаемых

Область применения

В радиопередающих устройствах позволяет получить повышенную частоту спектра излучаемых радиосигналов,

уменьшить уровень помех и повысить надёжность радиопередатчиков
В силовой электронике мощные полевые транзисторы успешно заменяют и вытесняют мощные биполярные транзисторы
В преобразователях частоты они позволяют на 1-2 порядка повысить частоту преобразования и резко уменьшить габариты и массу энергетических преобразователей
Слайд 48

Преимущества полевых транзисторов перед биполярными: способен работать при малом значении напряжения


Преимущества полевых транзисторов перед биполярными:

способен работать при малом значении напряжения

сток-исток (так как нет инжекции неосновных носителей)
маленькое сопротивление в открытом состоянии
выше температурная стабильностьуправляется не током, а напряжением
отсутствие накопленного заряда

ПТ
БТ