Презентация на тему: Полевые транзисторы (FET)
Преимущества полевого
транзистора перед биполярным:
►Высокое входное сопротивление ►Малая потребляемая мощность
►Схемы с ПТ более помехоустойчивые
►Габариты ПТ значительно меньше, что
позволяет
повысить плотность
компоновки интегральных схем на ПТ
недостатки:
►Чувствительность к статическому 
электричеству 
Принцип действия
полевого и биполярного транзистора
Имеется два типа полевых транзисторов:
►ПТ с затвором на p-n переходе (с управляющим p-n переходом)
►ПТ с изолированным затвором:
•со встроенным каналом
•с индуцированным каналом
Условные обозначения ПТ:
► а и б — с управляющим р-п переходом;
►в и г —
с изолированным затвором и встроенным каналом;
►д и е —
с изолированным затвором и индуцированным каналом.
(Стрелка, направленная внутрь( обозначает транзистор с каналом типа n, а наружу — с каналом типа р). 
Перекрытие канала в полевом транзисторе
Поскольку p-слой значительно уже канала, то большая часть обедненной подвижными носителями заряда области перехода будет приходиться на n-слой. Соответственно, если мы подадим на переход напряжение обратного смещения, то, закрываясь, он значительно увеличит сопротивление канала и уменьшит ток между истоком и стоком. Таким образом, происходит регулирование выходного тока транзистора с помощью напряжения (электрического поля) затвора.
Перекрытие канала в полевом транзисторе
Даже при нулевом напряжении на затворе, между затвором и стоком существует обратное напряжение, равное напряжению исток-сток. Вот почему p-n переход имеет такую неровную форму, расширяясь к области стока.
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 p–n- переходом ; полевые транзисторы с изолированным затвором.
Полевой транзистор с управляющим p–n-переходом – это полевой транзистор, управление током в котором происходит с помощью p-n- перехода, смещенного в обратном направлении.
Полевой транзистор представляет собой монокристалл полупроводника n -типа (или р -типа) проводимости; по его торцам методом напыления сформированы электроды, а посередине, с двух сторон, созданы две области противоположного типа проводимости и с электрическими выводами от этих областей. На границе раздела областей с различным типом проводимости возникнет р–n -переход.
Электрические выводы от торцевых поверхностей полупроводника называют истоком (И) и стоком (С), а вывод от боковой поверхности противоположного типа проводимости — затвором (З).
Источник U зи смещает р–n- переход в обратном направлении. Под действием напряжения источника U си между торцевыми поверхностями полупроводника течет ток основных носителей заряда. Образуется токопроводящий канал.
Площадь поперечного сечения канала и его сопротивление зависит от ширины p–n- перехода. При увеличении напряжения источника U зи ширина p–n- перехода возрастает, а поперечное сечение канала уменьшается.
Напряжение на затворе, при котором p–n- переход полностью перекроет канал, и ток стока I с прекращается, называют напряжением отсечки.
Условные обозначения полевого транзистора, имеющего канал n -типа (а) и р -типа (б).
1. Управляющие ( стокозатворные ) характеристики. Эти характеристики показывают управляющее действие затвора:
2. Выходные ( стоковые ) характеристики.
С увеличением U С ток сначала растет довольно быстро, но затем его рост замедляется и наступает насыщение. Это объясняется тем, что с ростом U С возрастает обратное напряжение на p–n- переходе и увеличивается ширина запирающего слоя (в области стока), а ширина канала соответственно уменьшается. Это приводит к увеличению его сопротивления и уменьшению тока I С. Таким образом, происходит два взаимно противоположных влияния на ток, в результате чего он остается почти неизменным.
Чем больше запирающее напряжение подается на затвор, тем ниже идет выходная характеристика. Повышение напряжения стока может привести к электрическому пробою p–n- перехода, и ток стока начинает лавинообразно нарастать. Напряжение пробоя является одним из предельных параметров полевого транзистора.
1. Крутизна характеристики: Крутизна характеризует управляющее действие затвора. Этот параметр определяют по управляющим характеристикам.
2. Внутреннее ( выходное ) сопротивление R i : Этот параметр представляет собой сопротивление транзистора между стоком и истоком (сопротивление канала) для переменного тока. На пологих участках выходных характеристик Ri достигает сотен кОм.
3. Коэффициент усиления μ : Эти три параметра ( μ, S, R i ) связаны между собой зависимостью:
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 – диэлектрик – полупроводник. Такие транзисторы еще называют МДП-транзисторами (металл – диэлектрик –полупроводник).
В нем созданы две области с электропроводностью противоположного типа ( n + -типа), которые соединены между собой тонким приповерхностным слоем этого же типа проводимости. От этих двух зон сформированы электрические выводы, которые называют истоком и стоком. Представляет собой монокристалл кремния n — или p -типа.
На поверхности канала имеется слой диэлектрика (обычно диоксида кремния SiO 2 ) толщиной порядка 0,1 мкм, а на нем методом напыления наносится тонкая металлическая пленка, от которой также делается электрический вывод – затвор. Иногда от основания (называемого подложкой (П)) также делается вывод, который накоротко соединяют с истоком.
Статические характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом n -типа
Условные графические обозначения МДП-транзистора со встроенным каналом n- типа (а) и р-типа (б).
От предыдущего транзистора он отличается тем, что у него нет встроенного канала между областями истока и стока.
При отсутствии напряжения на затворе ток между истоком и стоком не потечет ни при какой полярности напряжения, так как один из p–n- переходов будет обязательно заперт.
Если подать на затвор напряжение положительной полярности относительно истока, то под действием возникающего электрического поля электроны из подложки будут перемещаться в приповерхностную область к затвору.
При увеличении напряжения на затворе в приповерхностном слое концентрация электронов превысит концентрацию дырок в этой области и здесь произойдет инверсия типа электропроводности, т.е. образуется тонкий канал n- типа и в цепи стока появится ток. Чем больше положительное напряжение на затворе, тем больше проводимость канала и больше ток стока.
Статические характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом n -типа
полевые транзисторы — презентация онлайн
полевые транзисторы Полупроводниковый электропреобразовательный прибор, способный усиливать мощность электрических сигналов.Особенность работы транзисторов состоит в том, что: — выходной ток управляется с помощью электрического поля, — в процессе протекания электрического тока участвуют только основные носители.
Поэтому такие транзисторы называют униполярными.206 4.1 Классификация ПТ ПТ с p-n-переходом МДП-транзистор n-канальный р-канальный встроен.
канал индуцир.
канал n-канальный р-канальный МДП — металл, диэлектрик, полупроводник207 Классификация ПТ — с управляющим p-n-переходом,- с изоляцией диэлектриком — МДП-транзисторы.
В зависимости от того, как изолирован управляющий электрод от управляемого токопроводящего канала различают транзисторы: Если в качестве изолятора используется SiO2 – двуокись кремния – то транзистор называют МОП-структурой (металл-окисел-полупроводник).208 Классификация ПТ- индуцированный канал.
— n-типа (n-канальные), — р-типа (р-канальные).
В зависимости от конструктивного исполнения проводящего канала различают транзисторы:- встроенный канал, В зависимости от того, какие носители являются переносчиками тока, различают: Встроенный канал организуется при технологическом изготовлении транзистора.
Индуцированный канал образуется во время работы транзистора.209 4.2 Принцип работы ПТ Структура ПТ с управляющим p-n-переходом ПТ представляет собой пластину слаболегированного полупроводника n-типа, на боковой грани которой сформирована область обогащенного полупроводника р-типа.
Эти области образуют p-n-переход.
Сток (С) Исток (И) Затвор (З)рn-+ р-n- Канал+ U сиU зи –+ –Ic210 Сток (С) Исток (И) Затвор (З)рn-+ р-n- КаналU зи –+ –Ic Электрод, через который в канал втекают носители тока называется исток (и).
Электрод, через который носители тока вытекают из канала – сток.
Электрод, называемый затвором , предназначен для регулирования поперечного сечения канала .
Концентрация носителей n-типа в канале много меньше концентрации дырок в области затвора.
Поэтому область p-n-перехода, обедненная носителями, будет располагаться в основном, в канале.211 Принцип работы ПТ Подключим к структуре внешние источники напряжения.
Управляющий p-n-переход включен в обратном направлении и имеет высокое сопротивление.
Принцип действия такого транзистора заключается в том, что при изменении напряжения на затворе изменяется толщина обедненного слоя, а следовательно, изменяется сечение канала, проводимость канала и ток стока.
Т.е.
изменением напряжения на затворе можно управлять током стока.212 Принцип работы ПТ При некотором напряжении Uзи канал полностью перекроется обедненной областью p-n-перехода и ток стока уменьшится до нуля.
Это напряжение является параметром транзистора и называется напряжением отсечки тока стока Uзи.отс.213 Принцип работы ПТ Примем Uзи = 0.
При небольших напряжениях сток-исток Uси канал ведет себя как линейное сопротивление.
По мере роста напряжения обедненный слой будет расширяться, причем около стока в большей мере, чем около истока.
Сечение канала будет уменьшаться и рост тока замедлится.
Начиная с напряжения Uси = Uзи.отс в транзисторе будет наблюдаться режим насыщения.
Этот эффект называют эффектом
ЧТО ЭТО?
АНАЛОГОВАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА Н.Н. ПАВЛОВСКОГО РАБОТАЮЩАЯ НА ВОДЕ 1936 ГОД
СОЗДАТЕЛЬ ГИДРОИНТЕГРАТОРА ПОЧЕМУ ИСПОЛЬЗОВАЛАСЬ ВОДА, А НЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК? 1936 ↑гидроинтегратор 19 декабря 1947↑?
В середине 1970-х годов гидравлические интеграторы применялись в 115 производственных, научных и учебных организациях, расположенных в 40 городах нашей страны. Только в начале 80-х годов появились малогабаритные, дешевые, с большим быстродействием и объемом памяти цифровые ЭВМ, полностью перекрывающие возможности гидроинтегратора.
https://aftershock.news/?q=node/496842&full
После организации серийного производства интеграторы стали экспортироваться за границу: в Чехословакию, Польшу, Болгарию и Китай. Но самое большое распространение они получили в нашей стране. С их помощью провели научные исследования в поселке «Мирный», расчеты проекта Каракумского канала и Байкало-Амурской магистрали. Гидроинтеграторы успешно использовались в шахтостроении, геологии, строительной теплофизике, металлургии, ракетостроении и во многих других областях.
+
УСИЛИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ УСИЛИТЕЛЬ ТОКА
+
+ p n — заперт + открыт
Если к р-n-переходу подключить внешний источник с противоположной полярностью «–» к области p-типа, «+» к области n-типа, то такое подключение называют обратным включением p–n -перехода ( или обратным смещением p–n -перехода ). Обратное включение p–n-перехода ИСТОК- ЗАТВОР, КОГДА НА ЗАТВОРЕ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА « — » ПРАВИЛЬНО!
Напряженность электрического поля источника E вн будет направлена в ту же сторону, что и напряженность электрического поля E потенциального барьера; высота потенциального барьера возрастает, а ток диффузии основных носителей практически становится равным нулю.
Ширина запирающего слоя δ увеличивается ( δ » > δ ), а его сопротивление резко возрастает.
Потенциал на затворе относительно истока
+
+
А ЕСЛИ ПОДАТЬ НА ЗАТВОР +0,6В ИЛИ БОЛЬШЕ?
>+0,6 В Так делать нельзя ТРАНЗИСТОР СГОРИТ! ОПАСНОСТЬ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА ПРИ ПАЙКЕ!
Рассмотрим p–n- переход, к которому подключен внешний источник напряжения U вн, « + » к области p -типа, «–» к области n -типа. Такое подключение называют прямым включением p–n-перехода (или прямым смещением p–n-перехода ). ИСТОК- ЗАТВОР, КОГДА НА ЗАТВОРЕ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА « + » НЕПРАВИЛЬНО! СГОРИТ!
Напряженность электрического поля внешнего источника E вн будет направлена навстречу напряженности поля потенциального барьера E и, следовательно, приведет к снижению результирующей напряженности E рез :
СГОРЕЛ!
ПОЧЕМУ n -тип используют ЧАЩЕ p -типа?
Пример донорной примеси – сурьма (Sb) (элемент V группы таблицы Менделеева). У атома сурьмы на наружной электронной оболочке находятся пять валентных электронов. Четыре электрона устанавливают ковалентные связи с четырьмя соседними атомами кремния, а пятый валентный электрон такой связи установить не может, так как в атомах кремния все свободные связи (уровни) уже заполнены.
При T = 0 К все энергетические уровни, находящиеся выше уровня Ферми, свободны.
Уровень Ферми будет смещаться вверх, к границе зоны проводимости W п. Малейшее приращение энергии электрона приводит к его переходу в зону проводимости.
Акцептор – это примесный атом, создающий в запрещенной зоне энергетический уровень, свободный от электрона в невозбужденном состоянии и способный захватить электрон из валентной зоны в возбужденном состоянии.
Если в кристаллическую решетку полупроводника кремния ввести атомы примеси — индия (In) (элемент III группы таблицы Менделеева), имеющего на наружной электронной оболочке три валентных электрона, то эти три валентных электрона устанавливают прочные ковалентные связи с тремя соседними атомами кремния из четырех.
ОТ СТОКА К ИСТОКУ ОТ ИСТОКА К СТОКУ
—
Полевые транзисторы. Основные сведения и классификация
Обратная связь
Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать её на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:
Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:
Email: [email protected]
Мы в социальных сетях
Социальные сети давно стали неотъемлемой частью нашей жизни. Мы узнаем из них новости, общаемся с друзьями, участвуем в интерактивных клубах по интересам
ВКонтакте >
Что такое Myslide.ru?
Myslide.ru — это сайт презентаций, докладов, проектов в формате PowerPoint. Мы помогаем учителям, школьникам, студентам, преподавателям хранить и обмениваться своими учебными материалами с другими пользователями.
Для правообладателей >
Принцип действия, классификация, области применения
Транзи́стор — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет его использовать для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. Транзисторы по структуре, принципу действия и параметрам делятся на два класса — биполярные и полевые (униполярные ). В биполярном транзисторе используются полупроводники с обоими типами проводимости, он работает за счет взаимодействия двух, близко расположенных на кристалле, p-n переходов и управляется изменением тока через база-эмиттерный переход, при этом вывод эмиттера всегда является общим для управляющего и выходного токов. В полевом транзисторе используется полупроводник только одного типа проводимости, расположенный в виде тонкого канала, на который воздействует электрическое поле изолированного от канала затвора, управление осуществляется изменением напряжения между затвором и истоком. Полевой транзистор, в отличие от биполярного, управляется напряжением, а не током.
Трехслойная полупроводниковая структура, состоящая из двух слоев полупроводника с одинаковым типом проводимости, разделенных тонким слоем полупроводника с другим типом проводимости, называется биполярным транзистором. Биполярный транзистор состоит из трех слоев полупроводника, называемых «база» (Б), «коллектор» (К), «эмиттер» (Э). Ток, протекающий через переход база — эмиттер ( Iб ) вызывает изменения сопротивления зоны эмиттер — коллектор, соответственно изменяется ток коллектора Iк, причем его значения больше нежели базового. Это основной принцип работы биполярного транзистора. Поскольку материал транзистора полупроводник, то ток может протекать только в одном направлении, определяемом типом перехода. Соответственно этим определяется полярность подключения (тип проводимости) транзистора (прямая — p-n-p, обратная — n-p-n.
n(+) – повышенная концентрация носителей = > сильное легирование эмиттера Транзисторы n-p-n типа распространены Существенно больше. Инжектируемыми носителями в этом случае являются электроны, подвижность которых в несколько выше, чем у дырок, что обусловливает большее быстродействие.
Стрелочка всегда направлена от дырок электронам и показывает направление протекающего тока
Каждый из p-n переходов может быть включен как в прямом, так и в обратном направлении. В связи с этим различают три режима работы. Нормальный активный режим Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт) U ЭБ >0; U КБ <0 (для транзистора p-n- p типа ), для транзистора n-p-n типа условие будет иметь вид U ЭБ <0;U КБ >0. Инверсный активный режим Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое.
Режим насыщения Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n -переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнется проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера ( I Э.нас ) и коллектора ( I К.нас ). Напряжение насыщения коллектор-эмиттер ( U КЭ.нас ) — это падение напряжения на открытом транзисторе (смысловой аналог R СИ.отк у полевых транзисторов). Аналогично напряжение насыщения база-эмиттер ( U БЭ.нас ) — это падение напряжение между базой и эмиттером на открытом транзисторе. Режим отсечки В данном режиме коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, а на эмиттерный переход может быть подано как обратное, так и прямое смещение, не превышающее порогового значения, при котором начинается эмиссия неосновных носителей заряда в область базы из эмиттера (для кремниевых транзисторов приблизительно 0,6—0,7 В). Режим отсечки соответствует условию U ЭБ <0,7 В, или I Б =0. Барьерный режим В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет из себя своеобразный диод, включенный последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов
Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями: Коэффициент усиления по току I вых / I вх. Входное сопротивление R вх = U вх / I вх. Схема включения с общей базой Среди всех трех конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется. Коэффициент усиления по току: I вых / I вх = I к / I э = α [α<1]. Входное сопротивление R вх = U вх / I вх = U бэ / I э. Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора. Достоинства Хорошие температурные и частотные свойства. Высокое допустимое напряжение Недостатки схемы с общей базой Малое усиление по току, так как α < 1 Малое входное сопротивление Два разных источника напряжения для питания.
Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями: Коэффициент усиления по току I вых / I вх. Входное сопротивление R вх = U вх / I вх. Схема включения с общим эмиттером I вых = I к I вх = I б U вх = U бэ U вых = U кэ Коэффициент усиления по току: I вых / I вх = I к / I б = I к /( I э -I к ) = α/(1-α) = β [β>>1]. Входное сопротивление: R вх = U вх / I вх = U бэ / I б. Достоинства Большой коэффициент усиления по току. Большой коэффициент усиления по напряжению. Наибольшее усиление мощности. Можно обойтись одним источником питания. Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного. Недостатки Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой.
Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями: Коэффициент усиления по току I вых / I вх. Входное сопротивление R вх = U вх / I вх. Схема включения с общим эмиттером I вых = I э I вх = I б U вх = U бк U вых = U кэ Коэффициент усиления по току: I вых / I вх = I э / I б = I э /( I э -I к ) = 1/(1-α) = β [β>>1]. Входное сопротивление: R вх = U вх / I вх = ( U бэ + U кэ )/ I б. Достоинства Большое входное сопротивление. Малое выходное сопротивление. Недостатки Коэффициент усиления по напряжению меньше 1. Схему с таким включением называют « эмиттерным повторителем ».
Полевой транзистор – это полупроводниковый полностью управляемый ключ, управляемый электрическим полем. Это главное отличие с точки зрения практики от биполярных транзисторов, которые управляются током. Электрическое поле создается напряжением, приложенным к затвору относительно истока. Полярность управляющего напряжения зависит от типа канала транзистора. В полевых транзисторах в зависимости от типа канала ток осуществляется только одним типом носителей дырками или электронами. В биполярных транзисторах ток формировался из двух типов носителей зарядов – электронов и дырок, независимо от типа приборов. Полевые транзисторы в общем случае можно разделить на: транзисторы с управляющим p-n-переходом; транзисторы с изолированным затвором. И те и другие могут быть n-канальными и p-канальными, к затвору первых нужно прикладывать положительное управляющее напряжение для открытия ключа, а для вторых – отрицательное относительно истока. У всех типов полевых транзисторов есть три вывода: Исток (источник носителей заряда, аналог эмиттера на биполярном). Сток (приемник носителей заряда от истока, аналог коллектора биполярного транзистора). Затвор (управляющий электрод, аналог сетки на лампах и базы на биполярных транзисторах).
Металл-оксид-полупроводник (МОП) МДП-транзистор со встроенным каналом МДП-транзистор с индуцированным каналом