Tranzystory te należy polaryzować tak, aby:
• nośniki poruszały się od źródła do drenu,
• złącze bramka-kanał było polaryzowane zaporowo.
a)
b)
D
D
G
S
G
S
Rys. 7.1. Symbole graficzne tranzystora polowego złączowego JFET.
a) z kanałem typu N, b) z kanałem typu P.
7.2. ZASADA DZIAŁANIA TRANZYSTORA POLOWEGO JFET
Źródło i dren tranzystora polowego są spolaryzowane tak, aby
umożliwić przepływ nośników większościowych przez kanał w kierunku od
źródła do drenu. W tranzystorze z kanałem typu P od źródła do drenu
przepływają dziury, a w tranzystorze z kanałem typu N od źródła do drenu
przepływają elektrony. Złącze bramka-kanał w obu tranzystorach powinny
być spolaryzowane w kierunku zaporowym.
Zasada działania tranzystora polowego JEFT pokazana jest na rysunku
7.2. Jeżeli napięcie UGS = 0 i UDS ma małą wartość ( rys.7.2a), to prąd zmienia
się liniowo w funkcji przykładnego napięcia – tranzystor zachowuje się jak
rezystor. Podczas narastania napięcia UDS złącze kanał-bramka ( PN) jest
coraz silniej polaryzowane zaporowo, przy czym polaryzacja ta jest silniejsza
w pobliżu drenu ( rys.7.2b). Przy pewnej wartości napięcia UDS. = UDssat = Up,
następuje zamknięcie (odcięcie) kanału ( rys.7.2c) przy drenie.
56
Dalszy wzrost napięcia powoduje, że kanał jest zamykany coraz bliżej źródła
( punkt Y – Y’). Przyrost napięcia rozkłada się na warstwie zaporowej, nie
powodując dalszego wzrostu prądu. Rozszerza się warstwa zaporowa, czyli
zwiększa głębokość jej wnikania w kanał. Tranzystor wchodzi w stan
nasycenia, a prąd przez niego płynący jest prądem nasycenia.
Ze wzrostem napięcia UGS:
• maleje wartość płynącego przez tranzystor prądu;
•
przy mniejszych wartościach napięcia UDS następuje zamknięcie
kanału, czemu odpowiada mniejsza wartość prądu nasycenia
( rys.7.2b).
Rys. 7.2. Zasada działania tranzystora polowego – JFET.
a) brak polaryzacji, b) rozszerzenie się warstwy zaporowej w wyniku przyłożonego
napięcia UDS., c) odcięcie kanału (Y), d) nasycenie tranzystora. Up = UGsoff – napięcie
odcięcia kanału.
7.3. PARAMETRY I CHARAKTERYSTYKI TRANZYSTORA
POLOWEGO JEFT.
Tranzystory polowe charakteryzują się:
• parametrami statycznymi dla dużych wartości sygnałów,
• parametrami dynamicznymi dla małych wartości sygnałów.
Właściwości statyczne tranzystora polowego opisują rodziny charakterystyk
przejściowych i wyjściowych.
Charakterystyki tranzystora złączowego:
57
-
charakterystyka przejściowa – przedstawia zależność prądu drenu
ID od napięcia bramka-źródło UGS, przy ustalonej wartości napięcia
dren-źródło UDS ( rys.7.3). Charakterystyki przejściowe zależą od
temperatury.
Wielkościami charakterystycznymi krzywych są:
1. Napięcie odcięcia bramka-źródło UGS(off). Jest to napięcie jakie
należy doprowadzić do bramki, aby przy ustalonym napięciu UDS
nie płynął prąd drenu.
2. Prąd nasycenia IDSS. Jest to prąd płynący przy napięciu UGS = 0 i
określonym napięciu UDS.
Rys. 7.3. Charakterystyka przejściowa tranzystora złączowego.
-
Charakterystyka wyjściowa. Przedstawia zależność prądu drenu ID od
napięcia dren-źródło UDS, przy stałym napięciu bramka-źródło UGS
( rys.7.4).
58
Rys.7.4. Charakterystyka wyjściowa tranzystora złączowego.
a – odpowiada stanowi z rys.7.2a, b – odpowiada stanowi z rys.7.2b,
c – odpowiada stanowi z rys.7.2c, d – odpowiada stanowi z rys.7.2d.
Parametry statyczne:
•
prąd wyłączenia ID(off),
•
rezystancja statyczna włączenia RDS.(on),
•
rezystancja wyłączenia RDS.(off),
•
prądy upływu.
Parametry graniczne:
•
dopuszczalny prąd drenu IDmax (od kilku do kilkudziesięciu
miliamperów),
•
dopuszczalny prąd bramki IGmax,
•
dopuszczalne napięcie dren-źródło UDsmax (od kilku do
kilkudziesięciu woltów) lub bramka-źródło UGsmax,
•
dopuszczalne straty mocy Ptotmax ≈ PDmax (od kilkudziesięciu do
kilkuset miliwoltów).
7.4 SCHEMAT ZASTĘPCZY TRANZYSTORA ZŁĄCZOWEGO.
Dla tranzystora złączowego możemy utworzyć schemat zastępczy ( rys.
7.5).
Cgd
59
I
I
g
ggd
d
G
D
U
C
g
g
g U
U
gs
C
gs
gs
ds
ds
m
gs
ds
S
S
Rys. 7.5. Schemat zastępczy tranzystora złączowego.
Na rysunku tym:
Cgs, Cgd – pojemności warstwy zaporowej,
ggs, ggd – konduktancje bramka-źródło i bramka-dren,
gm – transkonduktancja,
gds – konduktancja wyjściowa.
Są one określone następującymi zależnościami:
g = U
β
m
DS
- transkonduktancja dla zakresu nienasycenia,
g = β U − U
m
( GS p)
- transkonduktancja dla zakresu nasycenia,
g = β U − U − U
ds
( GS p DS) - konduktancja wyjściowa dla zakresu nienasycenia,
gds = 0
- konduktancja dla zakresu nasycenia.
Częstotliwość maksymalna w tranzystorze zależy od czasu przelotu nośników
przez kanał i od stałej czasowej ładowania pojemności kanał-bramka Cg, i jest
równa częstotliwości granicznej
1
f =
T
π
2 r C .
d
g
Maksymalna częstotliwość generacji
f
,
max = f
r g
T
d
m
przy czym rd oznacza rezystancję kanału.
60
7.5. TRANZYSTORY Z IZOLOWANĄ BRAMKĄ MOSFET.
Tranzystor z izolowaną bramką ( rys. 7.6) jest to najczęściej tranzystor
o konstrukcji MIS (MOS) z kanałem typu N lub typu P, izolowanym od
bramki warstwą dielektryka.
Rys. 7.6. Zasada działania tranzystora z izolowaną bramką.
a) zakres liniowy, b)odcięcie kanału, c) nasycenie tranzystora.
B – podłoże.
7.5.1. ZASADA DZIAŁANIA TRANZYSTORA MIS ( MOS).
Zasadę działania tranzystora MIS ( MOS) omówimy na przykładzie
najczęściej spotykanej polaryzacji, tj. przy zwartym źródle i podłożu. Jeżeli
do bramki zostanie przyłożone napięcie dodatnie, to powstanie kanał