Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №5
Шрифт:
Ниже показаны условные графические обозначения ПТ с изолированной подложкой и подложкой, имеющей электрическое соединение с истоком, соответственно (соединение внутри символа показывают без точки):
Статические стоко-затворные характеристики основных трёх типов ПТ:
Характерной особенностью ПТ с управляющим р-n переходом, а также с изолированным затвором и встроенным каналом является наличие начального тока стока Iс нач при отсутствии управляющего сигнала на
где Uси. нас — напряжение "сток-исток" на границе области насыщения.
В ПТ с управляющим р-n переходом управляющая цепь отделена от канала обратно
— смещённым р-n переходом (поляризованном в направлении запирания рn- или nр– переходом), при этом канал расположен в объёме полупроводника и существует при нулевом напряжении на затворе, т. е. является встроенным каналом.
В силу конструктивных особенностей транзисторов с управляющим р-n переходом они обычно работают в режиме обеднения проводящего канала, т. е. при подаче запирающего напряжения на затвор. При этом электропроводность канала ПТ уменьшается и не превышает Iс.нач, таким образом проводимость достигается инвертированием электрического поля:
Применение металлического затвора создаёт с полупроводником канала выпрямляющий контакт (диод Шотки) и позволяет существенно уменьшить размеры структуры. Использование арсенида галлия, имеющего в два раза большую скорость движения носителей заряда, чем в кремнии, а также очень мелкое залегание в толще кристалла управляющего барьера Шотки (в сравнении с управляющим р-n переходом), позволяющее получить малую ёмкость Сзс, резко повышает диапазон рабочих частот транзистора.
Входная вольт — амперная характеристика ПТ с управляющим р-n переходом и каналом n– типа показаны на рисунке:
Её можно представить как состоящую из двух частей:
— область нарастания или "омическая" область;
— область насыщения.
В первой области канал "сток-исток" ведёт себя как резистор, управляемый напряжением "затвор — исток" (см. ниже). В области насыщения, напротив, ток стока практически не зависит от напряжения на затворе, благодаря чему ПТ приобретает свойства усилительного элемента.
Напряжение отсечки определяют с помощью вольтметра при Iст = 10 мкА, плавно перемещая движок резистора из нижнего положения в верхнее:
В МДП транзисторах с изолированным затвором и индуцированным каналом при отсутствии напряжения на затворе ток между истоком и стоком практически отсутствует (т. е. нормально закрытый прибор). Транзисторы с индуцированным каналом работают в режиме обогащения. При подаче на затвор транзистора с индуцированным каналом некоторого порогового напряжения Uзи пор и более, совпадающего по знаку со знаком основных носителей, на поверхности полупроводника индуцируется заряд противоположного знака, т. е. тип проводимости приповерхностного слоя полупроводника инвертируется и происходит формирование проводящего канала, сопровождающегося ростом тока стока:
Конструктивным вариантом ПТ является двухзатворный транзистор — МДП-тетрод:
Прибор можно представить в виде двух последовательно соединённых (каскодное включение)
Управляющим является первый затвор. Второй затвор, действуя как электростатический экран, уменьшает проходную ёмкость прибора (эффект Миллера). Возможность работы на более высоких частотах — основное преимущество тетрода по сравнению с МДП — транзистором. Кроме того, тетрод существенно упрощает конструирование смесительных устройств.
Примерами промышленных образцов являются транзисторы КП306 и КП350 — МДП-тетроды со встроенным (индуцированным) каналом n-типа и двумя затворами, предназначенные для высокочастотных каскадов радиоприёмных устройств. При необходимости второй затвор (как экранирующую сетку пентода) мржно использовать в качестве второго управляющего электрода, например, в схеме преобразователя (смесителя) частоты.
Мощные V-МДП-транзисторы являются быстроразвивающимся классом твёрдотельных приборов. Вид передаточной характеристики транзисторов с вертикальным V-обратным каналом (КП909, КП911, КП912, КП913,КП922 и др.) отличается от аналогичной для приборов с горизонтальным каналом (КП901, КП902, КП904, КП905, КП908 и др.) наличием отчётливо заметного Загиба не только в верхней, но и в нижней части кривой Iс (Uзи) при Uси = const. Передаточные характеристики отечественных V-МДП-транзисторов почти симметричны относительно точки перегиба (Us, Is). В качестве примера показана передаточная характеристика транзистора КП913 при Uси = 60 В:
Благодаря автоматическому ограничению тока стока и относительно малому (до 20 %) разбросу крутизны, эти транзисторы можно включать параллельно с достаточно равномерным распределением тока между ними. При этом коммутируемый ток можно существенно увеличить, а параллельное соединение приборов можно рассматривать как один прибор с эквивалентной крутизной S = S1 + S2 + … + Sn,
током насыщения Is = Is N, и напряжением насыщения одного транзистора. Необходимо учитывать, что при этом возрастает суммарная входная ёмкость, которая главным образом определяет время переключения тока в нагрузке.
Разброс токов между параллельно включёнными транзисторами обусловлен разбросом крутизны, и как правило, не превышает 10….15 % при управлении импульсами с большой амплитудой (12…15 В) и высокой скоростью нарастания (tвх = 2…3 нс). При Uзи = 12…14 В наблюдается явное насыщение тока стока, поэтому превышать это значение нецелесообразно.
К достоинствам V-МДП транзисторов можно отнести следующее:
— большие коммутируемые мощности;
— малое сопротивление во включённом состоянии;
— малую мощность по цепи управления;
— высокое быстродействие (например, транзистор КП912 способен коммутировать ток до 20 А за время, не превышающее 70…100 нс);
— возможность управления однополярными импульсами.
Для реализации минимального времени переключения (до 20…30 нc) транзисторы должны работать совместно с генераторами, имеющими малое выходное сопротивление. Технические характеристики транзисторов типа КП922 показывают, что их применение в различных импульсных устройствах позволяет повышать рабочую частоту до 200…500 кГц и более, что в свою очередь даёт значительное уменьшение габаритов и массы их реактивных элементов.