Понятие и основные характеристики полевого транзистора

      Условное  обозначения МДП - транзисторов приведены на рис. 6. 

      

 

      Рис. 6 – Условное обозначение МДП - транзисторов:

      а − со встроенным каналом n- типа;

      б − со встроенным каналом р- типа;

      в − с выводом от подложки;

      г − с индуцированным каналом n- типа;

      д − с индуцированным каналом р- типа;

      е − с выводом от подложки 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      2. Статические характеристики МДП – транзисторов

      Стоковые (выходное) характеристики полевого транзистора со встроенным каналом n- типа Ic = f(Uси) показаны на рис. 4, б.

      При Uзи = 0 через прибор протекает ток, определяемый исходной проводимостью канала. В случае приложения к затвору напряжения Uзи < 0 поле затвора оказывает отталкивающее действие на электроны – носители заряда в канале, что приводит к уменьшению их концентрации в канале и проводимости канала. Вследствие этого стоковые характеристики при Uзи < 0 располагаются ниже кривой, соответствующей Uзи = 0.

      При подаче на затвор напряжения Uзи > 0 поле затвора притягивает электроны в канал из полупроводниковой пластины (подложки) р- типа. Концентрация носителей заряда в канале увеличивается, проводимость канала возрастает, ток стока Iс увеличивается. Стоковые характеристики при Uзи > 0 располагаются выше исходной кривой при Uзи = 0.

      Стоко-затворная  характеристика транзистора со встроенным каналом n-типа Ic = f(Uзи) приведена на рис. 4, б.

      Стоковые (выходные) характеристики Ic=f(Uси) и стоко-затворная характеристика Ic = f(Uзи) полевого транзистора с индуцированным каналом n-типа приведены на рис. 5, б; в.

      Отличие стоковых характеристик заключается  в том, что управление током транзистора  осуществляется напряжением одной  полярности, совпадающей с полярностью  напряжения Uси. Ток Ic = 0 при Uси = 0, в то время как в транзисторе со встроенным каналом для этого необходимо  изменить полярность  напряжения на затворе относительно истока. 
 
 
 
 

      3. Основные параметры МДП - транзисторов

      Параметры МДП - транзисторов аналогичны параметрам полевых транзисторов с р-n- переходом.

      Что касается входного сопротивления то МДП - транзисторы имеют лучшие показатели, чем транзисторы с р-n- переходом. Входное сопротивление у них составляет rвх = 1012 … 1014 Ом. 

      4. Область применения

      Полевые транзисторы применяются в усилительных каскадах с большим входным сопротивлением, ключевых и логических устройствах, при изготовлении интегральных схем и др. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      III. Основные схемы включения полевых транзисторов 

      Полевой транзистор можно включать по одной из трех основных схем: с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ) (рис. 7).

      

      

 

      Рис. 7 – Схемы включения полевого транзистора: а) ОИ; б) ОЗ; в) ОС 

      На  практике чаще всего применяется  схема с ОИ, аналогичная схеме  на биполярном транзисторе с ОЭ. Каскад с общим истоком дает очень  большое усиление тока и мощности. Схема с ОЗ аналогична схеме с ОБ. Она не дает усиления тока, и поэтому усиление мощности в ней во много раз меньше, чем в схеме ОИ. Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, в связи с чем он имеет ограниченное практическое применение. 
 
 

      IV. Простейший усилительный каскад на полевых транзисторах 

      В настоящее время широко применяются  усилители, выполненные на полевых  транзисторах. На рис. 8 приведена схема усилителя, выполненного по схеме с ОИ и одним источником питания. 

      

 

      Рис. 8 - схема усилителя, выполненного по схеме с ОИ и  одним источником питания. 
 

      Режим работы полевого транзистора в режиме покоя обеспечивается постоянным током стока Iсп и соответствующим ему напряжением сток-исток Uсип. Этот режим обеспечивается напряжением смещения на затворе полевого транзистора Uзип. Это напряжение возникает на резисторе Rи при прохождении тока Iсп (URи = Iсп Rи) и прикладывается к затвору благодаря гальванической связи через резистор R3. Резистор Rи, кроме обеспечения напряжения смещения затвора, используется также для температурной стабилизации режима работы усилителя по постоянному току, стабилизируя Iсп. Чтобы на резисторе Rи не выделялась переменная составляющая напряжения, его шунтируют конденсатором Си и таким образом обеспечивают неизменность коэффициента усиления каскада. Сопротивление конденсатора Си на наименьшей частоте сигнала должно быть намного большим сопротивления резистора Rи, которое определяют по выражению:

               (1)

      где Uзип, Iсп – напряжение затвор-исток и ток стока при отсутствии входного сигнала.

      Емкость конденсатора выбирается из условия:

             (2)

      где fmin – наинизшая частота входного сигнала.

      Конденсатор Ср называется разделительным. Он используется для развязки усилителя по постоянному току от источника входного сигнала.

      Емкость конденсатора:

             (3)

      Резистор  Rс выполняет функцию создания изменяющегося напряжения в выходной цепи за счет протекания в ней тока, управляемого напряжением между затвором и истоком.

      При подаче на вход усилительного каскада  переменного напряжения uвх напряжение между затвором и истоком будет изменяться во времени DUзи(t) = uвх; ток стока также будет изменяться во времени, т.е. появится переменная составляющая DIc(t) = ic. Изменение это тока приводит к изменению напряжения между стоком и истоком; его переменная составляющая uс равная по величине и противоположная по фазе падению напряжения на резисторе Rс, является входным напряжением усилительного каскада DUси(t) = uc = uвых = −Rcic.

      В усилителях на МДП - транзисторах с индуцированным каналом необходимое напряжение Uзип обеспечивается включением в цепь затвора делителя R1R2 (рис. 9).

      

 

      Рис. 9 - усилитель на МДП - транзисторах с индуцированным каналом 

      При этом

                (4) 

      От  выбранного значения тока делителя Iд = Ес/(R1+R2) зависят сопротивления резисторов R1 и R2. Поэтому ток делителя выбирают исходя из обеспечения требуемого входного сопротивления усилителя. 
 
 
 
 
 
 
 

      V. Расчет электрических цепей с полевыми транзисторами

      В усилителе на полевом транзисторе, схема которого приведена на рис.8, ток стока Ic и напряжение Uси связаны уравнением:

            (5)

      В соответствии с этим уравнением можно  построить линию нагрузки (нагрузочную характеристику):

             (6)

      Для ее построения на семействе статических  выходных (стоковых) характеристик  полевого транзистора достаточно определить две точки:

      1-я  точка: полагает Ic = 0, тогда Uси = Ес;

      2-я  точка: полагает Uси = 0, тогда Ic = Ес/(Rc+Rи).

      Графическим решением уравнения для выходной цепи рассматриваемого каскада являются точки пересечения линии нагрузки со стоковыми характеристиками. 

      Рис. 10 – Графический расчет режима покоя каскада на полевом транзисторе при помощи выходных и входной характеристик

      Значение  тока стока Iс и напряжения Uси зависят также от напряжения затвора Uзи. Три параметра Iсп, Uсип и Uзип определяют исходный режим, или режим покоя усилителя. На выходных характеристиках этот режим отображается точкой По, лежащей на пересечении выходной нагрузочной характеристики с выходной статической характеристикой, снятой при заданном значении напряжения затвора.

      Резистор  R3 предназначен для подачи напряжения Uзип с резистора Rи между затвором и истоком транзистора. Сопротивление R3 принимают равным 1…2 МОм.

      Сопротивление резистора Rи для обеспечения режима покоя, характеризуемого значениями Iс = Iсп и Uзи = Uзип (точка По, рис. 10), рассчитывают по формуле:

      

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

    Рекомендации по применению полевых транзисторов. Полевые транзисторы имеют  вольт-амперные характеристики, подобные ламповым, и обладают всеми  принципиальными преимуществами транзисторов. Это позволяет применять их в схемах, в большинстве  случаев использовались электронные лампы, например, в усилителях постоянного тока с высокоомным    входом , в истоковых повторителях с особо высокоомным входом ,  в электрометрических усилителях, различных реле времени, RS - генераторах синусоидальных колебаний низких и инфранизких частот, в генераторах пилообразных колебаний , усилителях низкой частоты , работающих от источников с большим внутренним сопротивлением, в активных  RC - фильтрах низких частот. Полевые транзисторы с изолированным затвором  используют в высокочастотных усилителях, смесителях , ключевых устройствах.

     В  рекомендации по использованию  транзисторов для случая полевых  транзисторов следует внести  дополнения:

      1. На затвор полевых транзисторов  с р-п ( отрицательное для транзисторов с р - каналом и положительным для транзистора с п - каналом).

    2.  Полевые транзисторы с изолированным  затвором следует хранить с  закороченными выводами. При включении  транзисторов в схему должны  быть приняты все меры для  снятия зарядов статического  электричества. Необходимую пайку  производить на заземленном металлическом  листе, заземлить жало паяльника,  а так же руки монтажника  при помощи специального металлического  браслета. Не следует применять  одежду из синтетических тканей. Целесообразно подсоединять полевой  транзистор к схеме, предварительно  закоротив его выводы.  
 
 
 

Список  использованной литературы 

1.Терещук Р.М. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства: Справочник радиолюбителя / 4-е издание, стер. - Киев: Наук. Думка 1989. - 800с.

2.   Бочаров Л.Н. Полевые транзисторы. - М. : Радио и связь, 1984, - 80 с.

3. Полупроводниковые приборы: транзисторы: Справочник / Н.Н.Горюнова.                 

      М. ; Энергоатомиздат, 1985. 904с.