tranz_pol.doc

(2117 KB) Pobierz

TRANZYSTORY POLOWE – JFET

Tranzystor polowe, nazywane również tranzystorami unipolarnymi, stanowią grupę kilku rodzajów elementów, których wspólną cechą jest pośrednie oddziaływanie pola elektrycznego na rezystancję półprzewodnika lub na rezystancję cienkiej warstwy nieprzewodzącej. Do tej grupy zaliczamy tranzystory, których prąd wyjściowy jest funkcją pola elektrycznego istniejącego pod wpływem napięcia sterującego wejściowego. Teoretycznie sterowanie pracą tranzystora polowego może odbywać się bez poboru mocy. W działaniu elementu udział bierze tylko jeden rodzaj nośników ładunku, stąd nazwa polowy (unipolarny).

Tranzystory polowe, zwane w skrócie FET (ang. Field Effect Transistor), mają kanał typu P lub kanał typu N, który może być wzbogacony lub zubożony. W tranzystorach z kanałem typu N nośnikami prądu są elektrony, a w tranzystorach z kanałem typu P nośnikami prądu są dziury.

W tranzystorach polowych między elektrodami płynie prąd nośników jednego rodzaju, prąd nośników większościowych. Wartość prądu przepływającego przez tranzystor polowy jest zależna od wartości napięcia przyłożonego między źródłem a drenem oraz od wartości rezystancji kanału, która wyrażona jest wzorem:

;

gdzie: m, N – ruchliwość i koncentracja nośników w kanale, l, h, w – wymiary kanału.

Tranzystorów polowe dzielimy na:

· Tranzystory polowe złączowe – JFET (ang. Junction FET),

· Tranzystory polowe z izolowaną bramką – IGFET lub MOSFET (ang. Insulated Gate FET lub Metal Oxide Semiconductor FET).

· Tranzystory polowe cienkowarstwowe TFT (ang. Thin Film Transistor).

W tranzystorach polowych elektrody mają swoją nazwę i określony symbol:

· Źródło (ang. Source), oznaczone literą S. Jest elektrodą z której wypływają nośniki ładunku do kanału. Prąd źródła oznacza się jako Is.

· Dren (ang. Drain), oznaczone literą D. Jest elektrodą do której dochodzą nośniki ładunku. Prąd drenu – ID, napięcie dren-źródło – UDS.

· Bramka (ang. Gate), oznaczone literą G. Jest elektrodą sterującą przepływem ładunków. Prąd bramki – IG, napięcie bramka-źródło – UGS.

7.1. TRANZYSTORY POLOWE ZŁĄCZOWE – JFET.

Tranzystor polowy złączowy składa się zasadniczo z warstwy półprzewodnika typu n – w tranzystorach z kanałem typu N lub z półprzewodnika typu p – w tranzystorach z kanałem typu P. Warstwa ta tworzy kanał. Do obu końców kanału dołączone są elektrody. Symbole graficzne przedstawiono na rysunku 7.1. Tranzystor może być także wzbogacany lub zubożany.

Tranzystory te należy polaryzować tak, aby:

· nośniki poruszały się od źródła do drenu,

· złącze bramka-kanał było polaryzowane zaporowo.

a) b)

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.

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:

- 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.