Транзисторы (стр. 4 из 6)
Максимально допустимый ток коллектора.
Транзистор может выйти из строя при превышении тока коллектора свыше определенных пределов. Процесс разрушения обусловлен неравномерным прохождением тока по площади р-п перехода, местным с разогревом и последующим прожиганием.
Максимально допустимое напряжение между коллектором и общим электродом транзистора (Uкэ max или Uкб max).
Это напряжение определяется величиной пробивного напряжения перехода. Кроме того, оно зависит от мощности, тока коллектора и температуры окружающей среды.
Из соображений надежности работы схемы не рекомендуется использовать величины токов, напряжений и мощностей выше 70 % их наибольших допустимых значений. Следует, однако, отметить, что при работе в ключевом режиме значительная мощность выделяется на транзисторе только в течение перехода из открытого состояния к запертому и обратно (на активном участке характеристики). Поэтому среднее за период значение мощности, рассеиваемой в транзисторе, относительно невелико, что позволяет допускать мгновенные значения токов коллектора и эмиттера в 2 – 3 раза больше паспортных, предельных для режима усиления значений, не опасаясь перегрева транзистора.
Предельная частота усиления по току – частота, при которой коэффициент усиления по току b или α уменьшается до 0,7 (в √2 раз) своего значения на низких частотах.
Выше перечислены лишь наиболее важные эксплуатационные параметры транзисторов. В паспортах транзисторов и справочниках указывается ряд других параметров: максимально допустимый ток базы, обратный ток эмиттера, максимально допустимый импульсный ток коллектора, напряжение насыщения коллектор-эмиттер, емкость коллекторного перехода, максимальная температура работы транзистора и т.д.
6. Полевые транзисторы
Полевым транзистором называется трехэлектродный полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей, протекающих через проводящий канал, а управление величиной тока осуществляется поперечным электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным к управляющему электроду. Проводящий слой называют каналом, управляющий электрод – затвором.
Полевой транзистор –полупроводниковый усилительный прибор, которым управляет не ток (как биполярным транзистором), а напряжение (электрическое поле, отсюда и название – полевой), осуществляющее изменение площади поперечного сечения проводящего канала, в результате чего изменяется выходной ток транзистора. Управление же электрическим полем предполагает отсутствие статического входного тока, что позволяет уменьшить мощность, требуемую для управления транзистором.
Полевой транзистор (ПТ) в отличие от биполярного иногда называют униполярным, так как его работа основана на использовании только основных носителей заряда одного типа – либо электронов, либо дырок. Поэтому в полевых транзисторах отсутствуют процессы изменения (накопления и рассасывания) объемного заряда неосновных носителей, оказывающие заметное влияние на быстродействие биполярных транзисторов.
Два электрода на торцах канала называются истоком (И) и стоком (С). Исток и сток в принципе обратимы. Истоком служит тот из них, из которого при соответствующей полярности напряжения между истоком и стоком в канал поступают основные носители заряда, а стоком – тот, через который эти носители уходят из канала.
Подобно биполярному транзистору в зависимости от того, какой из выводов является общим для входных и выходных цепей, различают три схемы включения полевого транзистора: с общим истоком (ОИ), с общим затвором (ОЗ) и общим стоком (ОС). Наибольшее распространение на практике нашла схема с ОИ.
Все ПТ по своим конструктивным особенностям можно разделить на две группы:
1) полевые транзисторы с управляющимр-п переходом (канальные, или униполярные транзисторы);
2) полевые транзисторы с изолированным затвором (МДП- или МОП-транзисторы).
На рисунке 2.10 приведены схематическое изображение конструкции полевого транзистора с управляючим р-п переходоми схема его включения[1]. Канал образован тонким слоем полупроводника одного типа проводимости – в случае проводимостью n типа[2]. На торцах канала расположены два электрода, образующие омические выводы для подсоединения к внешним электрическим цепям. Один из них называется истоком (И), а второй – стоком (С). В средней части канала расположена небольшая зона полупроводника р типа, образующая с каналом р-п переход.Вывод, подсоединенный к областям ртипа, является управляющим электродом и называется затвором (З). Выводы И, С и З соответствуют (в порядке перечисления) катоду, аноду и сетке электровакуумного триода или эмиттеру, коллектору и базе обычного биполярного транзистора.
Рисунок 2.10. Схематическое изображение конструкции и схема включения полевого транзистора с управляющим р-n переходом
Величина тока в канале зависит от напряжения, приложенного между стоком и истоком, нагрузочного сопротивления и сопротивления канала (полупроводниковой пластинки между стоком и истоком). При постоянных источнике Еc и Rн ток в канале Iс (ток стока) зависит только от электрического сопротивления канала, которое, в свою очередь определяется длиной и эффективной площадью поперечного сечения канала. На р-п переход с помощью источника Ези подается обратное напряжение, что приводит к увеличению толщины р-пперехода, уменьшению сечения канала и увеличению сопротивления между истоком и стоком. Изменение величины обратного напряжения в соответствии с входным сигналом приводит к модуляции сопротивления канала, изменению тока стока и появлению сигнала на нагрузочном сопротивлении Rн. При соответствующем подборе величины Rн можно добиться повышения уровня выходного напряжения по сравнению с напряжением на входе, т.е. усилить сигнал.
Полевые транзисторы, подобно биполярным, могут быть охарактеризованы входными и выходными характеристиками. Однако для полевых транзисторов входная характеристика (зависимость IЗ от UЗИ при фиксированном значении UСИ) не имеет практического применения так как описывала бы незначительные изменения обратного тока p-n перехода. Поэтому и при расчетах используют только передаточные и выходные ВАХ. На рисунке 2.11 приведены выходные и передаточные (зависимость тока стока от напряжения на затворе) характеристики полевого транзистора с управляющим p-n переходом для схемы включения с ОИ.
Рисунок 2.11. Статические вольт-амперные характеристики полевых транзисторов с управляющим p-n переходом (схема ОИ): а – выходные; б – передаточные (входные)
Пусть напряжение между затвором и истоком Uзи = 0. При увеличении положительного напряжения Uси на стоке ток Iс будет нарастать. Вначале зависимость Ic = f(Uc) будет почти линейной. Однако с возрастанием Iс увеличивается падение напряжения на канале (Uс = IcRк, где Rк – сопротивление канала). Это напряжение распределяется вдоль канала: вблизи истока оно равно нулю, а вблизи стока – максимальной величине. На р-n переходе, несмотря на нулевой потенциал затвора, появляется обратное смещающее напряжение, величина которого нарастает по направлению к истоку, что ведет к сужению сечения токопроводящего канала и замедляет рост тока Iс. В конечном итоге, при дальнейшем росте стока,у стокового конца канал сужается настолько, что дальнейшее повышение напряжения уже не приводит к росту Iс. Этот режим получил наименование название режиманасыщения, а напряжение Uc, при котором происходит насыщение, называется напряжениемнасыщения(Uс. нас).
При подаче на затвор обратного напряжения (для ПТ с каналом п типа, как указывалось ранее, оно будет отрицательным по отношению к истоку) канал изначально будет сужен. Поэтому начальный участок зависимости Ic = f(Uc) пойдет с меньшим наклоном и насыщение наступит при меньших токах стока.
Напряжение насыщения равно Uси нас = Uзи – Uзи отс, где Uзи отс – напряжение отсечки, управляющее напряжение, при котором Iс = 0 (режим отсечки), а Uзи – управляющее напряжение, соответствующее рассматриваемой ВАХ транзистора.
При дальнейшем увеличении выходного напряжения ток Iс практически остается неизменным вплоть до пробивного напряженияUси проб. Как видно из рисунка.2.11,а с уменьшением напряжения Uзи пробивное напряжение транзистора Uси проб уменьшается. При этом (с учетом знака Uзи) всегда выполняется равенство
(2.23)