[FEE] 6. Field effect transistors
- 3. План лекции: 1. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом. 2. Схемы включения полевых транзисторов. 3. Статические характеристики полевых транзисторов. 4. Основные параметры полевых транзисторов. 5. Полевые транзисторы с изолированным затвором 6. Комбинированные транзисторы. 3
- 4. Полевые транзисторы Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей заряда, протекающим через проводящий канал и управляемым электрическим полем. Т.к. в создании электрического тока участвуют только основные носители заряда, то полевые транзисторы иначе называют униполярными транзисторами. Полевые транзисторы разделяют на два вида: полевые транзисторы с управляющим р-n-переходом; полевые транзисторы с изолированным затвором. Общие сведения о полевых транзисторах Конструкции полевых транзисторов 4
- 5. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом Упрощенная структура полевого транзистора с управляющим p-n-переходом Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом - это полевой транзистор, управление потоком основных носителей в котором происходит с помощью выпрямляющего электрического перехода, смещенного в обратном направлении. И – исток, С – сток, З - затвор Условное графическое обозначение полевого транзистора: с каналом p-типа с каналом n-типа 5
- 6. IC=f(UЗИ)|Ucи=const > Uси нас Статические характеристики полевого транзистора с управляющим p-n-переходом с каналом n-типа Управляющие (сток – затворные) характеристики: IC=f(UСИ)|Uзи=const Выходные (стоковые) характеристики: 6
- 7. Схемы включения полевых транзисторов с общим истоком с общим затвором с общим стоком 7
- 8. Основные параметры полевых транзисторов 2. Внутреннее (выходное) сопротивление: Определяют по управляющим характеристикам. 1. Крутизна характеристики: Определяют по выходным характеристикам транзистора. 8
- 9. Основные параметры полевых транзисторов (продолжение) Типовые значения параметров кремниевых полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом: 3. Входное сопротивление: S = 0,3…3 мА/В; Ri = 0,11 МОм. RВХ = 1010 Ом; СЗИ = 0,2…10 пФ. 9
- 10. Полевые транзисторы с изолированным затвором Полевой транзистор с изолированным затвором – это транзистор, имеющий один или несколько затворов, электрически изолированных от проводящего канала. Полевые транзисторы с изолированным затвором бывают двух типов: – со встроенным (собственным) каналом; – с индуцированным (инверсионным) каналом. Структура в обоих типах полевых транзисторов с изолированным затвором одинакова: металл – окисел (диэлектрик) – полупроводник, поэтому такие транзисторы еще называют МОП-транзисторами, или МДП-транзисторами. 10
- 11. Полевой транзистор с изолированным затвором со встроенным каналом Структура полевого транзистора с изолированным затвором со встроенным каналом n-типа Условные графические обозначения МДП-транзистора: с каналом n-типа с каналом p-типа 11
- 12. Статические характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом n-типа 12
- 13. Полевой транзистор с изолированным затвором с индуцированным каналом Структура полевого транзистора с изолированным затвором с индуцированным каналом n-типа Условные графические обозначения МДП-транзистора с индуцированным каналом: с каналом n-типа с каналом p-типа 13
- 14. Статические характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом n-типа 14
- 15. Сравнение МДП- и биполярного транзистора Биполярные транзисторы МДП-транзисторы Физические свойства Управляемый физический процесс – инжекция неосновных носителей заряда: изменяется ток управления - изменяется поток инжектированных носителей заряда, что приводит к изменению выходного тока. Управляемый физический процесс – эффект поля, вызывающий изменение концентрации носителей заряда в канале: изменяется управляющее напряжение – изменяется проводимость канала, что приводит к изменению выходного тока. Выходной ток обеспечивается носителями заряда обоих знаков (дырками и электронами). Выходной ток обеспечивается основными носителями заряда одного знака (или дырками, или электронами). Низкая теплостойкость: с увеличением тока растет температура структуры, что приводит к большему увеличению тока. Высокая теплостойкость: рост температуры структуры приводит к увеличению сопротивления канала, и ток уменьшается. 15
- 16. Сравнение МДП- и биполярного транзистора Биполярные транзисторы МДП-транзисторы Особенности эксплуатации Прибор управляется током, т.к. на входе имеется прямосмещенный p-n-переход и входное сопротивление мало. Прибор управляется напряжением, входное сопротивление очень велико, т.к. входная цепь от выходной цепи изолирована диэлектриком. Относительно небольшой коэффициент усиления по току. Очень большой коэффициент усиления по току. Необходимость специальных мер по повышению помехоустойчивости. Высокая помехоустойчивость. Высокая вероятность саморазогрева и вторичного пробоя: сужение области безопасной работы (ОБР). Низкая вероятность теплового саморазогрева и вторичного пробоя – расширение ОБР. Высокая чувствительность к токовым перегрузкам. Низкая чувствительность к токовым перегрузкам. 16
- 17. Мощные МДП-транзисторы Паразитные элементы структуры мощного МДП-транзистора Эквивалентная схема базовой ячейки 17
- 18. Комбинированные транзисторы Структура IGBT Эквивалентная схема Такой комбинированный прибор получил название биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ) или, используя зарубежную терминологию – IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 18
- 19. Эквивалентная крутизна характеристики всей схемы: Выходные (коллекторные) характеристики IGBT: 19
- 20. Конструкции IGBT: дискретное (а) и модульное (б) исполнение; условное графическое обозначение: в – отечественное; г – зарубежное 20
- 21. 21