Материал: Tverdotila_elektronika

Статичні вхідні характеристики

Це залежність (рис. 4.7). Вхідні характеристики повністю визначаються властивостями – переходу ПТКП і тому являють собою ВАХ цього переходу. Оскільки на струм практично не впливає стокова напруга , то залежності для різних значень майже не відрізняються одна від одної і подаються у вигляді однієї характеристики. У довідниках вмикати керувальний перехід ПТКП під пряму напругу, що перевищує 0,5В, заборонено.

Рисунок 4.7 – Вхідна (затворна) характеристика ПТКП

Статичні прохідні (стокозатворні) характеристики

Це залежності . На рис. 4.8 показані стокозатворні характеристики польового транзистора КП 103 М. Їх вигляд пояснюється розглянутим принципом роботи ПТКП. При збільшенні стокової напруги зростає струм стоку, і тому прохідна характеристика зміщується вгору.

Рисунок 4.8 – Статичні прохідні характеристики ПТКП

Стокозатворна характеристика може бути апроксимована формулою

, (4.9)

де - початковий струм стоку (при ).

При напрузі відсічення (у КП 103 М вона приблизно дорівнює 5 В) струм стоку . Точно дорівнювати нулю він не буде, оскільки навіть при повному перекритті каналу через транзистор протікає зворотний струм  переходу - струм .

Статичні вихідні (стокові) характеристики

Це залежності .

Вихідні характеристики польового транзистора КП 103 М показані на рисунку 4.9.

Рисунок 4.9 – Статичні вихідні (стокові) характеристики ПТКП

Розглянемо спочатку стокову характеристику, зняту при . Якби опір каналу не залежав від струму, що через нього проходить, залежність була б лінійною. Але вже при невеликій напрузі на крутій ділянці характеристики зростання при збільшенні сповільнюються, тому що канал поволі зменшується за шириною внаслідок зростання запірної щодо – переходу напруги .

При деякій напрузі на стоці (напрузі пере­криття) канал змикається біля стоку. З формули (4.8) випливає, що . Подальший хід характерис­тики відзначається зміною крутої ділянки на пологу, на якій зростання напруги майже не приводить до зростання струму . Але деяке зростання струму стоку на пологій ділянці пояснюється наступним чином.

Після перекриття каналу біля стоку подальше збільшення напруги приводить до збільшення довжини перекритої частини каналу і його опору. Якби довжина перекритої частини каналу лінійно залежала від напруги , то при зростанні напруги збільшувався б пропорційно останній опір каналу, і струм через канал мав би постійну величину. Але насправді довжина перекритої частини каналу залежить від напруги так, як глибина проникнення запірного шару до каналу (рис. 4.10).

Рисунок 4.10 – Змикання каналу під дією струму стоку

Враховуючи (4.2), отримуємо

, (4.10)

тобто довжина зімкненої (перекритої) частини каналу і його опір пропорційні і збільшуються при збільшенні повільніше. Тому на пологій ділянці при зростанні струм також дещо зростає. При деякій великій напрузі виникає пробій ділянки – переходу між затвором і стоком (оскільки саме між цими електродами максимальна напруга).

Збільшуючи напругу на затворі відносно нуля, спостерігають зміщення вихідних характеристик донизу, оскільки струм стоку при цьому, згідно з принципом дії ПТКП, зменшується. Напруга перекриття для кожної наступної характеристики також зменшується. Це пояснюють сумісною дією на – перехід обох напруг - і , тобто за формулою (4.8)

. (4.11)

Зрозуміло з формули (4.11), що при збільшенні повинна зменшуватися напруга перекриття . Пологі ділянки на сім’ї характеристик рисунка 4.9 зумовлені тими самими процесами, що й відповідна ділянка на характеристиці при .

Оскільки внаслідок принципу дії ПТКП напруга пробою між стоком і затвором

, (4.12)

то при збільшенні напруги на затворі пробій відбудеться при меншій напрузі стоку, як це показано на вихідних характеристиках (рис. 4.9).

Круті ділянки вихідних характеристик називають омічними. Диференціальний опір ПТКП на цих ділянках залежить від затворної напруги . Тому ці ділянки є робочими в режимі, коли ПТКП використовують як електронно-керований змінний резистор.

На пологих ділянках ПТКП працює як підсилювальний елемент.

Диференціальні параметри польових транзисторів

1 Крутизна прохідної характеристики визначає нахил цієї характеристики в довільній точці:

, (4.13)

тобто засвідчує, на скільки міліампер зміниться струм стоку при зміні напруги на затворі на 1 В при . Значення лежить у межах від 0,5 до кількох мА/В і може бути одержане графоаналітично за стокозатворними характеристиками.

2 Внутрішній (диференціальний) опір

. (4.14)

Становить від кількох десятків до сотень кілоомів. Може бути визначений за вихідними характеристиками ПТ.

3 Статичний коефіцієнт підсилення напруги

. (4.15)

Коефіцієнт може бути визначений за формулою

. (4.16)

Величина становить сотні одиниць.

4 Диференціальний вхідний опір

. (4.17)

Значення лежить у межах від кількох сотень кілоом до одиниць мегаом. Воно може бути обчислене за статичними вхідними (затворними) характеристиками.

4.2 Польові транзистори з ізольованим затвором (мдн - транзистори)

4.2.1 Ефект поля

В основу роботи ПТ з ізольованим затвором (МДН - або МОН - транзисторів) покладене явище, яке називають ефектом поля. Суть цього явища полягає у такому.

Нехай до напівпровідникового кристала  - типу приєднано металеву пластину (рис. 4.11), яка не має гальванічного зв’язку з кристалом, оскільки відділена від останнього ізолювальною діелектричною плівкою.

Рисунок 4.11 – До пояснення ефекту поля в напівпровіднику

Якщо до металевої пластини і до кристала (підкладки) припаяти електроди і подати напругу плюсом до металевої пластини і мінусом до підкладки, то в кристалі виникає електричне поле. Під дією цього поля електрони з глибини НП дрейфують до поверхні, збагачуючи основними носіями приповерхневий шар і внаслідок цього збільшуючи його електронну провідність (див. праву гілку графіка рисунка 4.11, позначену ).

Якщо тепер змінити полярність підімкнення напруги (як це показано на рисунку 4.11), то поле змінить свій напрям, і електрони від поверхні кристала дрейфуватимуть вглиб. Приповерхневий шар кристала збіднюється на основні носії за рахунок відтоку електронів і припливу власних дірок з глибини НП. Електронна питома провідність шару біля поверхні зменшується до величини власної питомої провідності (див. ділянку від до у другому квадранті графіка рисунка 4.11). При пороговій напрузі установлення власної питомої провідності шару означає, що концентрація електронів дорівнює концентрації дірок: . Якщо на металевій пластині збільшувати негативну напругу відносно підкладки далі, то дірок у приповерхневому шарі стає більше, ніж електронів, , шар набирає провідності p - типу, і між шаром і рештою кристала виникає – перехід (рис. 4.11). Це явище називають інверсією типу електропровідності приповерхневого шару. Подальше збільшення негативної напруги на металі приводить до збагачення інвертованого шару на дірки – зростає діркова питома провідність (гілка на характеристиці (рис. 4.11)).