Đặc tính cổng thoát nước của bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Các thông số cơ bản của Transistor hiệu ứng trường Tính chất cơ bản, đặc điểm và loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường
Transistor hiệu ứng trường là một thiết bị bán dẫn điện có dòng điện đầu ra được điều khiển bởi một trường và do đó có điện áp cùng dấu. Tín hiệu định hình được đưa vào cổng và điều chỉnh độ dẫn của kênh loại n hoặc p. Không giống như các bóng bán dẫn lưỡng cực, nơi tín hiệu có cực tính thay đổi. Dấu hiệu thứ hai là sự hình thành dòng điện chỉ bởi các sóng mang chính (cùng dấu).
Phân loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường
Hãy bắt đầu với việc phân loại. Có nhiều loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường, mỗi loại hoạt động theo một thuật toán:
Ngoài việc phân loại chung, một phân loại chuyên biệt đã được phát minh để xác định các nguyên tắc hoạt động. Có:
- Transistor hiệu ứng trường có tiếp giáp p-n điều khiển.
- Transistor hiệu ứng trường có rào chắn Schottky.
- Transistor hiệu ứng trường cổng cách điện:
- Với kênh tích hợp.
- Với kênh cảm ứng.
Trong tài liệu, các cấu trúc còn được sắp xếp như sau: việc sử dụng ký hiệu MOS là không thực tế; các cấu trúc oxit được coi là trường hợp đặc biệt của MOS (kim loại, điện môi, chất bán dẫn). Rào cản Schottky (MeB) phải được đánh dấu riêng vì đây là một cấu trúc khác. Nhắc lại các tính chất của tiếp giáp p-n. Chúng ta hãy nói thêm rằng, về mặt cấu trúc, bóng bán dẫn có thể chứa đồng thời chất điện môi (silicon nitride) và oxit (silic hóa trị bốn), như đã xảy ra với KP305. Những giải pháp kỹ thuật như vậy được sử dụng bởi những người đang tìm kiếm các phương pháp để có được những đặc tính độc đáo của sản phẩm và giảm chi phí.
Trong số các từ viết tắt nước ngoài cho bóng bán dẫn hiệu ứng trường, tổ hợp FET được dành riêng, đôi khi biểu thị loại điều khiển - với điểm nối p-n. Trong trường hợp sau, chúng ta cũng sẽ gặp JFET. Từ đồng nghĩa. Ở nước ngoài, người ta thường tách các bóng bán dẫn hiệu ứng trường oxit (MOSFET, MOS, MOST), nitride (MNS, MNSFET). Sự hiện diện của rào cản Schottky được đánh dấu bằng SBGT. Rõ ràng, tài liệu có ý nghĩa quan trọng, và văn học trong nước im lặng về tầm quan trọng của sự thật.
Các điện cực của bóng bán dẫn hiệu ứng trường trong sơ đồ được chỉ định: D (cống) - cống, S (nguồn) - nguồn, G (cổng) - cổng. Chất nền thường được gọi là chất nền.
Thiết bị bán dẫn hiệu ứng trường
Điện cực điều khiển của bóng bán dẫn hiệu ứng trường được gọi là cổng. Kênh được hình thành bởi một chất bán dẫn có loại dẫn điện tùy ý. Tùy thuộc vào cực tính của điện áp điều khiển, nó là dương hoặc âm. Trường của tín hiệu tương ứng sẽ dịch chuyển các hạt mang tự do cho đến khi eo đất dưới điện cực cổng hoàn toàn trống rỗng. Đạt được bằng cách áp dụng một trường vào điểm nối p-n hoặc chất bán dẫn đồng nhất. Dòng điện trở thành số không. Đây là cách hoạt động của bóng bán dẫn hiệu ứng trường.
Dòng điện chạy từ nguồn đến cống; những người mới bắt đầu theo truyền thống thường bị dày vò bởi câu hỏi phân biệt giữa hai điện cực được chỉ định. Không có sự khác biệt về hướng di chuyển của các điện tích. Transitor hiệu ứng trường có thể đảo ngược. Tính đơn cực của các hạt mang điện giải thích mức độ ồn thấp. Vì vậy, bóng bán dẫn hiệu ứng trường chiếm vị trí thống trị trong công nghệ.
Đặc điểm chính của thiết bị là điện trở đầu vào lớn, đặc biệt đối với dòng điện xoay chiều. Một thực tế hiển nhiên phát sinh từ việc điều khiển tiếp giáp p-n phân cực ngược (ngã ba Schottky), hoặc điện dung của tụ điện xử lý trong khu vực của cổng cách điện.
Chất nền thường là chất bán dẫn không pha tạp. Đối với các bóng bán dẫn hiệu ứng trường có cổng Schottky - gali arsenide. Ở dạng nguyên chất, nó là chất cách điện tốt, đáp ứng các yêu cầu sau đây như một phần của sản phẩm:
Rất khó để tạo ra một lớp có độ dày đáng kể đáp ứng được danh sách các điều kiện. Do đó, yêu cầu thứ năm được thêm vào, bao gồm khả năng tăng dần chất nền đến kích thước mong muốn.
Transitor hiệu ứng trường với điểm nối p-n điều khiển và MeP
Trong trường hợp này, loại vật liệu dẫn điện của cổng khác với loại vật liệu được sử dụng bởi kênh. Trong thực tế, bạn sẽ thấy nhiều cải tiến khác nhau. Màn trập bao gồm năm khu vực lõm vào trong kênh. Điện áp thấp hơn có thể điều khiển dòng điện. Có nghĩa là tăng lợi nhuận.
Transistor lưỡng cực
Các mạch sử dụng độ lệch ngược của tiếp giáp p-n; kênh cho dòng điện càng mạnh thì càng hẹp. Ở một giá trị điện áp nhất định, bóng bán dẫn sẽ tắt. Sử dụng độ lệch thuận rất nguy hiểm vì mạch truyền động mạnh có thể ảnh hưởng đến đường viền cổng. Nếu điểm nối mở, một dòng điện lớn sẽ chạy qua hoặc điện áp cao sẽ được đặt vào. Chế độ bình thường được đảm bảo bằng việc lựa chọn chính xác cực tính và các đặc tính khác của nguồn điện cũng như lựa chọn điểm vận hành của bóng bán dẫn.
Tuy nhiên, trong một số trường hợp, dòng điện cổng thuận được sử dụng có chủ ý. Đáng chú ý là chế độ này có thể được sử dụng bởi các bóng bán dẫn MOS nơi chất nền tạo thành điểm nối p-n với kênh. Phí nguồn chuyển động được chia giữa cổng và cống. Bạn có thể tìm thấy một khu vực thu được mức tăng hiện tại đáng kể. Chế độ được điều khiển bởi màn trập. Khi dòng điện iz tăng (lên tới 100 μA), các thông số mạch sẽ giảm mạnh.
Một kết nối tương tự được sử dụng bởi cái gọi là mạch dò tần số cổng. Thiết kế khai thác đặc tính chỉnh lưu của điểm nối p-n giữa cổng và kênh. Có rất ít hoặc không có sự thiên vị về phía trước. Thiết bị vẫn được điều khiển bởi dòng điện cổng. Trong mạch thoát nước, thu được sự khuếch đại tín hiệu đáng kể. Điện áp chỉnh lưu cho cổng là điện áp chặn và thay đổi theo luật đầu vào. Đồng thời với việc phát hiện, khuếch đại tín hiệu đạt được. Mạch xả điện áp gồm có các thành phần:
- Thành phần không đổi. Không được sử dụng chút nào.
- Tín hiệu có tần số sóng mang. Nó được trồng trên mặt đất bằng cách sử dụng các thùng lọc.
- Tín hiệu có tần số của tín hiệu điều chế. Được xử lý để trích xuất thông tin nhúng.
Nhược điểm của bộ tách tần số cổng được coi là hệ số méo phi tuyến lớn. Hơn nữa, kết quả đều tệ như nhau đối với tín hiệu yếu (phụ thuộc bậc hai của đặc tính vận hành) và tín hiệu mạnh (chuyển sang chế độ cắt). Tốt hơn một chút được thể hiện bằng bộ dò pha dựa trên bóng bán dẫn hai cổng. Tín hiệu tham chiếu được cung cấp cho một điện cực điều khiển và thành phần thông tin được hình thành ở cực máng, được khuếch đại bởi một bóng bán dẫn hiệu ứng trường.
Mặc dù có độ biến dạng tuyến tính lớn nhưng hiệu ứng vẫn được sử dụng. Ví dụ, trong các bộ khuếch đại công suất chọn lọc truyền dải tần số hẹp theo liều lượng. Sóng hài được lọc và không ảnh hưởng lớn đến chất lượng cuối cùng của mạch.
Các bóng bán dẫn bán dẫn kim loại (MeS) có hàng rào Schottky hầu như không khác biệt so với các bóng bán dẫn có tiếp giáp p-n. Ít nhất là khi nói đến nguyên tắc hoạt động. Nhưng nhờ những đặc tính đặc biệt của quá trình chuyển tiếp bán dẫn kim loại, sản phẩm có khả năng hoạt động ở tần số cao hơn (hàng chục GHz, tần số cắt trong vùng 100 GHz). Đồng thời, cấu trúc MeP dễ thực hiện hơn khi đề cập đến các quy trình sản xuất và công nghệ. Đặc tính tần số được xác định bởi thời gian sạc cổng và độ linh động của sóng mang (đối với GaA trên 10.000 cm vuông/V s).
bóng bán dẫn MOS
Trong cấu trúc MIS, cổng được cách ly đáng tin cậy với kênh và việc điều khiển diễn ra hoàn toàn do ảnh hưởng của trường. Cách nhiệt được thực hiện bằng cách sử dụng oxit silic hoặc nitrit. Những lớp phủ này dễ dàng áp dụng hơn trên bề mặt của tinh thể. Đáng chú ý là trong trường hợp này cũng có các điểm nối bán dẫn kim loại ở vùng nguồn và vùng thoát, giống như trong bất kỳ bóng bán dẫn cực nào. Nhiều tác giả quên mất sự thật này hoặc đề cập đến nó một cách tình cờ bằng cách sử dụng cụm từ bí ẩn liên hệ ohmic.
Câu hỏi này đã được nêu ra trong chủ đề về diode Schottky. Một rào cản không phải lúc nào cũng xuất hiện ở điểm nối giữa kim loại và chất bán dẫn. Trong một số trường hợp, tiếp điểm là ohmic. Điều này phụ thuộc phần lớn vào đặc điểm của quá trình xử lý công nghệ và kích thước hình học. Các đặc tính kỹ thuật của thiết bị thực tế phụ thuộc rất nhiều vào các khuyết tật khác nhau của lớp oxit (nitrit). Đây là một số:
- Sự không hoàn hảo của mạng tinh thể ở vùng bề mặt là do các liên kết bị phá vỡ ở ranh giới của sự thay đổi vật liệu. Ảnh hưởng được gây ra bởi cả các nguyên tử tự do của chất bán dẫn và bởi các tạp chất như oxy, hiện diện trong mọi trường hợp. Ví dụ, khi sử dụng phương pháp epitaxy. Kết quả là xuất hiện các mức năng lượng nằm sâu trong vùng cấm.
- Tại giao diện giữa oxit và chất bán dẫn (dày 3 nm), một điện tích dư được hình thành, bản chất của nó vẫn chưa được giải thích. Có lẽ, vai trò này được thực hiện bởi các khoảng trống (lỗ trống) dương của các nguyên tử khiếm khuyết của chính chất bán dẫn và oxy.
- Sự trôi dạt của các nguyên tử ion hóa natri, kali và các kim loại kiềm khác xảy ra ở điện áp thấp ở điện cực. Điều này làm tăng điện tích tích lũy ở ranh giới lớp. Để ngăn chặn hiệu ứng này, oxit phốt pho (anhydrit) được sử dụng trong oxit silic.
Lịch sử hình thành và ứng dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường
Bóng bán dẫn hiệu ứng trường đầu tiên được phát minh bởi Julius Edgar Lilienfeld, một nhà vật lý người Áo-Hung, người đã dành phần lớn cuộc đời mình để nghiên cứu hiệu ứng bóng bán dẫn. Điều này xảy ra vào năm 1928, nhưng công nghệ sản xuất bóng bán dẫn đầu tiên không cho phép triển khai vật lý phần tử vô tuyến này trong công nghiệp. Theo công trình của Lilienfeld, bóng bán dẫn hiệu ứng trường hoạt động đầu tiên có cổng cách điện chỉ được sản xuất ở Mỹ vào năm 1960. 7 năm trước, một công nghệ khác để sản xuất bóng bán dẫn hiệu ứng trường dựa trên tiếp giáp p-n điều khiển (bóng bán dẫn MOS) đã được đề xuất. Dựa trên công trình của Walter Schottky, năm 1966, kỹ sư người Mỹ Carver Andress Mead đã đề xuất một loại bóng bán dẫn mới sử dụng hàng rào Schottky. 
Năm 1977, người ta phát hiện ra rằng việc sử dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường trong điện toán làm tăng đáng kể sức mạnh thiết kế của các thiết bị điện tử, đánh dấu sự khởi đầu cho sự phát triển của bộ xử lý máy tính và chip logic dựa trên bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Tên chính xác hơn của bóng bán dẫn hiệu ứng trường là bóng bán dẫn đơn cực (được điều khiển bởi một điện trường duy nhất), nhưng cái tên này vẫn chưa được nhiều người biết đến.
Cơ sở vật lý hoạt động của bóng bán dẫn hiệu ứng trường
Bóng bán dẫn hiệu ứng trường (đơn cực) là một thiết bị điện tử dựa trên nguyên tắc sử dụng điện tích chỉ có một dấu, tức là electron hoặc lỗ trống. Việc điều khiển dòng điện trong bóng bán dẫn hiệu ứng trường được thực hiện bằng cách thay đổi độ dẫn của kênh dưới tác động của điện trường chứ không phải điện thế, đây là điểm khác biệt chính giữa bóng bán dẫn hiệu ứng trường và bóng bán dẫn lưỡng cực. Theo phương pháp tạo kênh, các bóng bán dẫn hiệu ứng trường được phân biệt bằng tiếp giáp p-n, kênh tích hợp và kênh cảm ứng. Các bóng bán dẫn có kênh tích hợp và cảm ứng cũng thuộc nhiều loại bóng bán dẫn MIS.
Thiết bị bán dẫn hiệu ứng trường
a – có tiếp giáp p-n; b – có cổng cách nhiệt và kênh tích hợp; c – có cổng cách điện và kênh cảm ứng.Hoạt động của bóng bán dẫn hiệu ứng trường dựa trên sự chuyển động của các hạt tải điện chiếm đa số trong chất bán dẫn.
Transistor hiệu ứng trường có tiếp giáp p-n.
Bóng bán dẫn này bao gồm một chất bán dẫn loại n kênh chính được làm từ một tấm silicon với các dây dẫn ohmic ở mỗi đầu. Kênh được hình thành bằng phương pháp khuếch tán (giới thiệu vật liệu pha tạp) và tạo thành một lớp mỏng có độ dẫn lỗ. Kênh được bao bọc giữa hai điện cực loại p nối với nhau. Do đó, kênh n tạo thành hai điểm nối p-n nằm song song với hướng của dòng điện. Cực mà các hạt mang điện đi vào được gọi là nguồn (I), và điện cực mà từ đó điện tích chảy ra được gọi là cực máng (C). Cả hai lớp p đều được kết nối điện với nhau và có một điện cực bên ngoài gọi là cổng (3). Có hai loại kênh. Một điện tích dương chảy qua kênh có độ dẫn điện p và điện tích âm chảy qua kênh có độ dẫn điện n. Hình dưới đây cho thấy kênh trường dẫn điện âm được điều khiển bởi trường phân cực dương. Trong trường hợp này, các electron di chuyển qua kênh từ nguồn tới cống. Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường có kênh loại p cũng có thiết kế tương tự.
Điện áp điều khiển hoặc đầu vào (Uzi) được cung cấp giữa cổng và nguồn. Điện áp này đảo ngược cho cả hai điểm nối pn. Trong mạch đầu ra, bao gồm cả kênh bán dẫn, điện áp U được nối với cực dương tới cực máng.
Khả năng điều khiển một bóng bán dẫn được giải thích là do khi điện áp U thay đổi, độ rộng của các điểm nối p-n, là những vùng trong chất bán dẫn đã cạn kiệt các hạt mang điện, sẽ thay đổi. Do lớp p có điện trở thấp hơn có nồng độ tạp chất cao hơn so với lớp n, nên sự thay đổi độ rộng kênh được kiểm soát bởi lớp n có điện trở cao hơn. Trong trường hợp này, tiết diện và độ dẫn điện của kênh mang dòng điện (Ic – dòng thoát) từ nguồn tới cống thay đổi.
Điểm đặc biệt trong hoạt động của bóng bán dẫn hiệu ứng trường là ảnh hưởng của điện áp Uzi và Usi đến độ dẫn của kênh. Ảnh hưởng của điện áp đặt vào được thể hiện trong hình dưới đây.
Trên hình ảnh:
A) điện áp chỉ được cấp cho mạch điều khiển đầu vào. Việc thay đổi Usi kiểm soát tiết diện của kênh trên toàn bộ chiều rộng, tuy nhiên, dòng điện đầu ra Ic = 0 do thiếu điện áp Usi.
B) Chỉ có điện áp kênh, không có điện áp điều khiển và dòng Ic bắt đầu chạy. Sự sụt giảm điện áp được tạo ra ở điện cực cống, kết quả là dung lượng kênh thu hẹp và ở một giá trị nhất định, ranh giới của các mối nối p-n đóng lại. Điện trở trong của kênh tăng lên và Ic hiện tại không thể đi qua được nữa.
B) Trong phương án này, hình vẽ thể hiện tổng giá trị của các điện áp khi kênh điện áp Usi bị khóa bằng điện áp điều khiển nhỏ Uzi. Khi điện áp này được đặt vào, vùng n mở rộng và dòng điện Ic bắt đầu chạy.
Transistor hiệu ứng trường cổng cách điện (MIS và MOS)
Trong các bóng bán dẫn này, điện cực cổng được ngăn cách với kênh bằng một lớp oxit silic mỏng cách điện. Do đó, tên gọi khác của các bóng bán dẫn này là bóng bán dẫn MOS (cấu trúc bán dẫn oxit kim loại). Sự hiện diện của chất điện môi mang lại điện trở đầu vào cao cho các bóng bán dẫn đang được xem xét. Sự xâm nhập của trường điều khiển vào kênh không khó nhưng dòng điện cổng giảm đi rất nhiều và không phụ thuộc vào cực tính của điện áp đặt vào cổng. Các bóng bán dẫn MOS (cấu trúc kim loại – điện môi – bán dẫn) được làm bằng silicon. Nguyên lý hoạt động của bóng bán dẫn MOS dựa trên tác dụng làm thay đổi độ dẫn điện của lớp gần bề mặt của chất bán dẫn tại bề mặt tiếp xúc với chất điện môi dưới tác dụng của điện trường ngang.
Các kênh của bóng bán dẫn MOS hiệu ứng trường có thể thuộc loại cạn kiệt (b - kênh tích hợp) và loại được làm giàu (kênh c - cảm ứng), (xem hình của thiết bị bóng bán dẫn hiệu ứng trường).
Dòng điện Ic chạy qua kênh tích hợp khi không có điện áp Uzi. Giá trị của nó có thể được điều khiển giảm xuống bằng cách đặt điện áp dương Uzi nếu bóng bán dẫn có kênh p và điện áp âm nếu bóng bán dẫn có kênh n. Nói cách khác, đóng bóng bán dẫn bằng điện áp ngược điều khiển.
Trong kênh cảm ứng, nếu không có điện áp U và dòng điện giữa cực máng và nguồn rất nhỏ. Khi đặt điện áp điều khiển vào, dòng điện Ic tăng lên.
Vì vậy, điện áp điều khiển khi đặt vào cổng của bóng bán dẫn có kênh tích hợp sẽ đóng bóng bán dẫn và trong kênh cảm ứng sẽ mở bóng bán dẫn.
Đặc tính Volt - ampe và cống - cổng của bóng bán dẫn hiệu ứng trường
Đặc tính dòng điện-điện áp của bóng bán dẫn hiệu ứng trường xác định các đặc tính đầu ra (cống) của nó và cũng chứa thông tin về các đặc tính của nó trong các chế độ hoạt động khác nhau. Ngoài ra, đặc tính dòng điện-điện áp hiển thị mối quan hệ giữa các thông số. Sử dụng biểu đồ, bạn có thể xác định một số tham số không được ghi trong phần mô tả của bóng bán dẫn, tính toán mức điện áp của các mạch phân cực (Uzi), ổn định chế độ và cũng có thể đánh giá hoạt động của bóng bán dẫn hiệu ứng trường một cách rộng rãi. phạm vi dòng điện và điện áp.
Hình bên trái thể hiện một ví dụ về đặc tính tiêu hao của bóng bán dẫn hiệu ứng trường có tiếp giáp p-n và kênh loại p ở các điện áp điều khiển cố định khác nhau Uzi. Các biểu đồ hiển thị sự phụ thuộc của dòng xả (Ic) vào điện áp nguồn xả (Uс). Mỗi đường cong này chứa 3 vùng đặc trưng:
1. Sự phụ thuộc mạnh mẽ của dòng điện Ic vào điện áp Usi (đoạn lên tới đường đứt nét). Phần này xác định chu kỳ bão hòa của kênh đến điện áp Uc us, tại đó bóng bán dẫn chuyển sang trạng thái đóng (mở). Điện áp phân cực điều khiển Uzi càng cao thì bóng bán dẫn hiệu ứng trường sẽ đóng (mở) càng sớm.
2. Sự phụ thuộc yếu của dòng Ic khi kênh bão hòa đến giá trị cực đại và chuyển sang trạng thái đóng (mở) vĩnh viễn.
3. Tại thời điểm điện áp Uс vượt quá mức tối đa cho phép đối với bóng bán dẫn hiệu ứng trường, sẽ xảy ra sự cố điện không thể đảo ngược của điểm nối p-n. Trong trường hợp này, bóng bán dẫn hiệu ứng trường bị hỏng.
Đặc tính cực máng thể hiện sự phụ thuộc của Ic vào điện áp giữa cực cổng và nguồn.
Điện áp cổng tại đó dòng thoát có xu hướng bằng 0 là đặc tính rất quan trọng của bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Nó tương ứng với điện áp ngắt của thiết bị dọc theo mạch cổng và được gọi là điện áp ngắt hay điện áp cắt.
Hình ảnh đồ họa thông thường của bóng bán dẫn hiệu ứng trường trong mạch điện trông như sau.
Transistor hiệu ứng trường ở đâu:
a – với tiếp giáp p-n và kênh p;
b - có tiếp giáp p-n và kênh n;
c – với kênh p đã cạn kiệt tích hợp;
d – có kênh n loại cạn kiệt tích hợp;
e – với kênh p cảm ứng thuộc loại được làm giàu;
e – với kênh n cảm ứng thuộc loại được làm giàu;
g – loại p (c) và đầu ra từ chất nền;
h – loại p (e) và đầu ra từ chất nền
Ký hiệu châu Âu của các tiếp điểm: cổng - cổng, cống - cống, nguồn - nguồn, tab - đế (thường ở các bóng bán dẫn không cách ly, nó là cống).
Đặc tính kỹ thuật chính của bóng bán dẫn hiệu ứng trường
Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường hiện đại được đặc trưng bởi các đặc tính cơ bản, đặc tính nhiệt độ và đặc tính điện ở nhiệt độ lên tới +25 độ trên đế (nguồn). Ngoài ra, các đặc tính tĩnh và động của bóng bán dẫn hiệu ứng trường quyết định hiệu suất tối đa khi sử dụng trong tín hiệu tần số. Cần đặc biệt chú ý đến đặc tính tần số khi sử dụng bóng bán dẫn trong máy phát điện, bộ điều biến, bộ nguồn chuyển mạch, bộ khuếch đại kỹ thuật số hiện đại loại D trở lên. Các đặc tính tần số được xác định bởi hằng số thời gian của mạch RC cổng, hằng số này xác định tốc độ bật/tắt kênh. Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường có cổng cách điện (MOS và MIS) có điện dung đầu vào nhỏ hơn đáng kể so với các bóng bán dẫn hiệu ứng trường có tiếp giáp p-n, điều này giúp có thể sử dụng chúng trong các thiết bị tần số cao.
Các đặc điểm chính của bóng bán dẫn hiệu ứng trường bao gồm:
Vds (Vdss) hoặc Uсi max – xác định giá trị điện áp tối đa cho phép giữa nguồn và cống;
Id hoặc Ic là dòng tiêu cực đại cho phép đi qua kênh hở của bóng bán dẫn;
Rdc(on) – điện trở kênh giữa cổng và nguồn (thường được biểu thị cùng với điện áp điều khiển Uzi hoặc VSS).
Iout hoặc Igss là dòng rò cổng ở một điện áp nhất định giữa cổng và các cực khác đóng chặt với nhau.
Pd hoặc Pmax là công suất tiêu tán tối đa của bóng bán dẫn ở nhiệt độ, thường là +25 độ.
Các thông số nhiệt của bóng bán dẫn hiệu ứng trường xác định tính ổn định của các đặc tính của nó khi hoạt động trong phạm vi nhiệt độ, do tính chất của vật liệu bán dẫn thay đổi khi nhiệt độ thay đổi. Giá trị của Ic, độ dẫn điện và dòng rò cổng phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ.
Tj hoặc Tmax – nhiệt độ phá hủy tinh thể nền, tương ứng với nhiệt độ vận hành tối đa cho phép
Tstg hoặc Tmin – nhiệt độ âm tối thiểu tại đó quan sát được các thông số hộ chiếu chính của bóng bán dẫn
Một đặc điểm khác biệt trong hoạt động của bóng bán dẫn hiệu ứng trường so với bóng bán dẫn lưỡng cực là hệ số nhiễu rất thấp hoặc Ksh. Hệ số này ít ảnh hưởng đến điện áp nguồn thoát, dòng xả cũng như nhiệt độ hoạt động của bóng bán dẫn (lên tới +50 độ).
1. Không nên giảm nhiệt độ của bóng bán dẫn hiệu ứng trường trong quá trình hoạt động xuống dưới -5 độ và cũng không nên vượt quá nhiệt độ hoạt động +60 +70 độ (thường được gọi là nhiệt độ giữ ngón tay).
2. Trong quá trình vận hành, cần chọn điện áp và dòng điện hoạt động không vượt quá 70% thông số tối đa cho phép theo hộ chiếu (datasheet).
3. Không thể sử dụng bóng bán dẫn ở chế độ tối đa cho hai tham số cùng một lúc.
4. Không cho phép bóng bán dẫn hoạt động khi cổng đã tắt.
5. Không thể đặt điện áp phân cực tiếp điểm theo hướng thuận vào cổng của bóng bán dẫn hiệu ứng trường có tiếp giáp pn. Đối với kênh p, đây sẽ là điện áp âm, đối với kênh n, đây sẽ là điện áp dương.
6. Nên lưu trữ các bóng bán dẫn MOS và MOS hiệu ứng trường với các đầu cuối bị chập. Các bóng bán dẫn công suất thấp, bóng bán dẫn tần số của cấu trúc này bị hỏng do điện áp tĩnh.
7. Bạn có thể kiểm tra khả năng sử dụng của bóng bán dẫn hiệu ứng trường bằng máy kiểm tra điện tử bằng cách tương tự với video này http://www.youtube.com/watch?v=jQ6l6C8LMSw
Trong điện tử bán dẫn, cùng với các bóng bán dẫn lưỡng cực, các bóng bán dẫn được điều khiển bởi điện trường, một trong những đặc điểm tích cực của nó là trở kháng đầu vào cao(là 1-10 MOhm trở lên). Các bóng bán dẫn như vậy được gọi là cánh đồng(đơn cực).
Thiết bị và nguyên lý hoạt động
Transistor hiệu ứng trườnglà thiết bị bán dẫn trong đó việc tạo ra dòng điện là do sự chuyển động của các hạt mang điện cùng dấu dưới tác dụng của điện trường dọc và việc điều khiển dòng điện đầu ra dựa trên điều chế điện trở vật liệu bán dẫn điện trường ngang.
Nguyên lý hoạt động của bóng bán dẫn hiệu ứng trường có thể dựa trên:
Dựa trên sự phụ thuộc của điện trở của chất bán dẫn vào tiết diện vùng dẫn của nó (tiết diện càng nhỏ thì dòng điện càng thấp; được thực hiện trong các bóng bán dẫn hiệu ứng trường với điều khiển p-p- chuyển tiếp);
Sự phụ thuộc của độ dẫn điện của chất bán dẫn vào nồng độ của các hạt tải điện đa số (được thực hiện trong các bóng bán dẫn hiệu ứng trường với cổng cách nhiệt cấu trúc kim loại-điện môi-bán dẫn(Bóng bán dẫn MOS)).
Transistor hiệu ứng trường với điều khiển p-p- mối nối (PTUP) là một tấm bán dẫn mỏng có một r-p-chuyển tiếp và với không chỉnh sửa các điểm tiếp xúc dọc theo các cạnh. Độ dẫn điện của vật liệu tấm có thể P-loại hoặc R-kiểu. Ví dụ, hãy xem xét một bóng bán dẫn có tấm chính bao gồm một chất bán dẫn N-type (Hình 1.32).
Hình 1.32 - Cấu tạo của Transistor hiệu ứng trường có bộ điều khiển r-p-chuyển tiếp
Các lĩnh vực chính trong cấu trúc của bóng bán dẫn hiệu ứng trường với điều khiển p-p- chuyển tiếp là:
Vùng đất nguồn- khu vực mà từ đó các hạt mang điện bắt đầu di chuyển;
Vùng đất làm khô hạn- khu vực mà phương tiện truyền thông được di chuyển tới;
Vùng đất màn trập- khu vực mà luồng phương tiện được kiểm soát;
Vùng đất kênh- khu vực mà phương tiện truyền thông di chuyển.
Các cực từ các vùng tương ứng của bóng bán dẫn có tên tương tự: nguồn(VÀ), làm khô hạn(C) và cổng(3) (Hình 1.32).
Hình 1.33 thể hiện các ký hiệu đồ họa của bóng bán dẫn hiệu ứng trường có bộ điều khiển r-p- chuyển tiếp: với kênh P-type (Hình 1.33, MỘT) và kênh R-type (Hình 1.33, b).
một b
Hình 1.33 - Transistor hiệu ứng trường UGO có điều khiển r-p-chuyển tiếp
Hãy xem xét nguyên tắc hoạt động của PTUP. Các nguồn điện áp được kết nối với bóng bán dẫn sao cho dòng điện chạy giữa các điện cực cực máng và nguồn, và điện áp đặt vào cổng làm lệch tiếp giáp điện tử-lỗ trống theo hướng ngược lại.
Hình 1.34 thể hiện phương pháp đấu nối nguồn điện áp tới các cực của PTUP bằng kênh P-kiểu.
Hình 1.34 - Kết nối nguồn điện áp với các cực PTUP
Dưới tác dụng của nguồn điện áp E SI các electron sẽ di chuyển từ nguồn tới cực máng, tạo ra dòng cực máng ở mạch ngoài tôi C.
Nồng độ của các hạt mang điện trong vật liệu bán dẫn của kênh và cổng được chọn sao cho khi đặt điện áp phân cực ngược giữa cổng và nguồn. r-p-quá trình chuyển đổi sẽ mở rộng sang khu vực kênh. Điều này dẫn đến giảm diện tích mặt cắt ngang của phần dẫn điện của kênh và do đó làm giảm dòng thoát tôi C.
Điện trở của vùng nằm dưới mối nối điện thường phụ thuộc từ điện áp cổng. Điều này là do kích thước của điểm nối tăng lên khi tăng điện áp ngược đặt vào nó và sự gia tăng trong vùng đã cạn kiệt các hạt mang điện dẫn đến sự gia tăng điện trở của kênh (và theo đó, làm giảm dòng điện chạy trong kênh).
Như vậy, Hoạt động của bóng bán dẫn hiệu ứng trường với điểm nối pn điều khiển dựa trên việc thay đổi điện trở kênh do thay đổi kích thước của vùng đã cạn kiệt các hạt mang điện chính, xảy ra dưới tác động của màn trập điện áp ngược.
Điện áp giữa cổng và nguồn tại đó kênh bị chặn hoàn toàn và dòng thoát đạt giá trị tối thiểu ( tôi C"0), được gọi là điện áp cắt(bạn ơi) tranzito hiệu ứng trường.
Không giống như PTUP, trong đó cổng có tiếp xúc điện với kênh, trong các bóng bán dẫn hiệu ứng trường có cổng cách nhiệt Cổng (PTIZ) là một màng kim loại mỏng được cách ly khỏi chất bán dẫn. Tùy thuộc vào loại cách điện, bóng bán dẫn MIS và MOS được phân biệt (tương ứng là kim loại - điện môi - bán dẫn và kim loại - oxit - bán dẫn, ví dụ silicon dioxide SiO 2).
Ở trạng thái ban đầu, kênh PTIZ có thể nghèo khó vật mang điện hoặc làm giàu họ. Tùy thuộc vào điều này, người ta phân biệt hai loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường có cổng cách điện: bóng bán dẫn MOS có cổng cách điện. kênh tích hợp(Hình 1.35, MỘT) (kênh được tạo ra trong quá trình sản xuất) và các bóng bán dẫn MOS có kênh cảm ứng(Hình 1.35, b) (kênh xuất hiện dưới tác động của điện áp đặt vào các điện cực điều khiển). Trong PTIZ có một đầu ra bổ sung từ tinh thể nơi thiết bị được tạo ra (Hình 1.35), được gọi là cơ chất.
một b
Hình 1.35 - Thiết kế bóng bán dẫn hiệu ứng trường có cổng cách điện
Trong PTIZ, các điện cực cực máng và cực nguồn được đặt ở hai bên cổng và tiếp xúc trực tiếp với kênh bán dẫn.
Kênh được gọi là được xây dựng trong, nếu ban đầu làm giàu hạt mang điện. Trong trường hợp này, điện trường điều khiển sẽ dẫn đến sự bần cùng hóa kênh bởi các sóng mang điện. Nếu ban đầu kênh nghèo khó hạt mang điện tích thì gọi là gây ra. Trong trường hợp này, điện trường điều khiển (giữa cổng và nguồn) sẽ làm phong phú kênh bằng các hạt mang điện (nghĩa là tăng độ dẫn điện của nó).
Độ dẫn của kênh có thể điện tử hoặc hố. Nếu một kênh có độ dẫn điện thì nó được gọi là P-kênh. Các kênh có lỗ dẫn điện được gọi là R-kênh truyền hình. Kết quả của việc này là có sự phân biệt bốn loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường với màn trập cách nhiệt: có kênh P- hoặc R-loại, mỗi loại có thể có gây ra hoặc được xây dựng trong kênh. Ký hiệu của các loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường được nêu trên hình 1.36.
Điện áp điều khiển có thể nộp cho PTIZ như giữa màn trập Và cơ chất, Vì thế độc lập trên chất nền và màn trập. Ví dụ, chúng ta hãy xem xét nguyên lý điều khiển dòng điện trong các bóng bán dẫn hiệu ứng trường, cấu trúc của chúng được thể hiện trong Hình 1.35.
Hình 1.36 - Transistor hiệu ứng trường UGO có cổng cách điện
Nếu đặt một điện áp dương vào cổng thì dưới tác dụng của điện trường sinh ra trên bề mặt chất bán dẫn (Hình 1.35, b) kênh xuất hiện P -loại do lực đẩy của các lỗ từ bề mặt vào sâu trong chất bán dẫn. Trong một tranzito có được xây dựng trong kênh (Hình 1.35, MỘT) kênh hiện tại mở rộng khi đặt điện áp dương hoặc thu hẹp khi đặt điện áp âm. Việc thay đổi điện áp điều khiển sẽ thay đổi độ rộng kênh và theo đó, sức chống cự Và dòng điện bán dẫn.
Thiết yếu lợi thế PTIZ trước PTUP , đạt giá trị 10 10 - 10 14 Ohms (đối với bóng bán dẫn có điều khiển r-p-chuyển tiếp - 10 7 - 10 9 Ohm).
Một ưu điểm quan trọng của bóng bán dẫn hiệu ứng trường so với bóng bán dẫn lưỡng cực là điện áp thấp rơi qua chúng khi chuyển đổi tín hiệu yếu.
Ngoài ra, cần nhấn mạnh những ưu điểm sau:
- trở kháng đầu vào cao;
- tiếng động nhỏ;
- dễ sản xuất;
- không có điện áp dư ở trạng thái hở giữa nguồn và cực máng của Transistor hở.
Đặc tính dòng điện và các thông số cơ bản của bóng bán dẫn hiệu ứng trường
Từ những gì đã thảo luận trước đó, có thể suy ra rằng có tổng cộng sáu loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Đặc điểm chuyển giao điển hình của chúng được thể hiện trong Hình 1.37. Sử dụng các đặc điểm này, bạn có thể đặt cực tính của điện áp điều khiển, hướng của dòng điện trong kênh và phạm vi thay đổi của điện áp điều khiển. Trong số tất cả các loại bóng bán dẫn trên, hiện chỉ có PTIZ có kênh tích hợp là chưa được sản xuất R-kiểu.
Hình 1.37 - Đặc tính truyền của Transistor hiệu ứng trường
Chúng ta hãy xem xét một số tính năng của những đặc điểm này. Tất cả các đặc tính của bóng bán dẫn hiệu ứng trường có kênh P-loại nằm ở nửa trên của đồ thị và do đó có dòng điện dương, tương ứng với điện áp thoát dương. Ngược lại, tất cả các đặc điểm của thiết bị có kênh R-type nằm ở nửa dưới của biểu đồ và do đó có giá trị dòng điện âm và điện áp thoát âm. Các đặc tính của PTUP ở điện áp cổng 0 có giá trị dòng điện cực đại, được gọi là giá trị ban đầu Tôi từ đầu. Khi điện áp chặn tăng, dòng xả cũng giảm ở điện áp cắt bạn ơi trở nên gần bằng không.
Đặc điểm của PTIZ với cảm ứng kênh ở điện áp cổng 0 có dòng điện bằng 0. Sự xuất hiện dòng điện tiêu hao trong các bóng bán dẫn như vậy xảy ra khi điện áp cổng lớn hơn giá trị ngưỡng bạn bởi vì. Việc tăng điện áp cổng dẫn đến tăng dòng thoát.
Đặc điểm của PTIZ có tích hợp sẵn kênh ở điện áp cổng 0 có giá trị hiện tại ban đầu Là bắt đầu. Các bóng bán dẫn như vậy có thể hoạt động ở cả chế độ làm giàu và cạn kiệt. Khi điện áp cổng tăng, kênh trở nên giàu hơn và dòng thoát tăng, và khi điện áp cổng giảm, kênh sẽ cạn kiệt và dòng thoát giảm.
Hình 1.38 thể hiện đặc tính dòng điện-điện áp đầu ra của PTUP có kênh N-kiểu. Đặc tính của các loại bóng bán dẫn khác là tương tự nhau, nhưng khác nhau ở điện áp cổng và cực tính của điện áp đặt vào.
Hình 1.38 - Đặc tính dòng điện-điện áp đầu ra của PTUP
Về đặc tính dòng điện của bóng bán dẫn hiệu ứng trường, có thể phân biệt hai vùng: tuyến tính Và bão hòa.
Trong vùng tuyến tính, đặc tính dòng điện-điện áp cho đến điểm uốn là các đường thẳng, độ dốc của đường này phụ thuộc vào điện áp tại cổng. Trong vùng bão hòa, các đặc tính dòng điện-điện áp gần như nằm ngang, điều này cho thấy dòng điện tiêu hao không phụ thuộc vào điện áp tiêu cực. Trong lĩnh vực này, đặc tính đầu ra của tất cả các loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường đều tương tự như đặc tính của các pentode chân không. Đặc điểm của những đặc điểm này quyết định việc sử dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Trong vùng tuyến tính, bóng bán dẫn hiệu ứng trường được sử dụng làm sức chống cự, điều khiển điện áp cổng và trong vùng bão hòa - như phần tử gia cố.
Điện áp tối đa đặt giữa cực máng và nguồn của bóng bán dẫn hiệu ứng trường là khác nhau đối với từng loại bóng bán dẫn. Nhưng nói chung, như trong Hình 1.39, khi vượt quá một giá trị nhất định mẫu U SI Dòng điện tiêu hao tăng mạnh, có thể dẫn đến hỏng bóng bán dẫn do hỏng hóc.
Hình 1.39 - Nhóm đặc tính dòng điện-điện áp đầu ra của bóng bán dẫn hiệu ứng trường
Các thông số chính của bóng bán dẫn hiệu ứng trường bao gồm:
Độ dốc đặc trưng của cổng
Giá trị điển hình: S= 0,1-500 mA/V;
Độ dốc của đặc tính trên bề mặt
Giá trị điển hình: S p= 0,1-1 mA/V;
Dòng xả ban đầu Tôi từ đầu- dòng điện thoát ở điện áp bằng 0 U Tử.
Đối với các bóng bán dẫn có bộ điều khiển R-P-chuyển tiếp tôi bắt đầu= 0,2-600 mA, có kênh tích hợp - Tôi từ đầu= 0,1-100 mA, với kênh cảm ứng - Tôi từ đầu= 0,01-0,5 µA;
Điện áp cắt U ZI ots(giá trị điển hình U ZI ots= 0,2-10V);
Điện trở nguồn thoát nước ở trạng thái mở R SI mở(giá trị điển hình R SI mở= 2-300 Ôm);
Dòng xả dư Tôi tốn- dòng điện tiêu hao ở điện áp U ZI ots (Tôi tốn= 0,001-10 mA);
Tần số tăng tối đa f p- tần số tại đó mức tăng công suất bằng đơn vị (giá trị điển hình f p- hàng chục - hàng trăm MHz).
50. Tính chất cơ bản, đặc điểm và chủng loại của Transistor hiệu ứng trường.
Transistor hiệu ứng trường là một thiết bị bán dẫn trong đó dòng điện chỉ được tạo ra bởi các hạt mang điện chính dưới tác dụng của điện trường dọc và dòng điện này được điều khiển bởi điện trường ngang, được tạo ra bởi điện áp đặt vào điện cực điều khiển (Hình 2.1).
Cơm. 2.1. Thiết bị bán dẫn hiệu ứng trường: MỘT– với kênh n; b– với kênh p
Do đó, các bóng bán dẫn hiệu ứng trường được chia thành các bóng bán dẫn có kênh loại p hoặc loại n. Một biểu diễn đồ họa thông thường của bóng bán dẫn hiệu ứng trường được hiển thị trong Hình. 2.2, với kênh loại n và loại p tương ứng.
|
|
Do đó, chúng ta có thể kết luận rằng bóng bán dẫn hiệu ứng trường là một thiết bị bán dẫn được điều khiển, vì bằng cách thay đổi điện áp cổng, dòng điện tiêu hao có thể giảm, và do đó người ta thường nói rằng các bóng bán dẫn hiệu ứng trường có mối nối p-n điều khiển chỉ hoạt động trong chế độ suy giảm kênh.
2.2. Đặc điểm và thông số của bóng bán dẫn hiệu ứng trường
Các đặc điểm chính của bóng bán dẫn hiệu ứng trường bao gồm:
· Đặc điểm cổng cống là sự phụ thuộc của dòng cống I C vào điện áp cổng U ZI (Hình 2.4, MỘT);
· Đặc tính cống là sự phụ thuộc của I C vào U SI ở điện áp không đổi tại cổng (Hình 2.4, b)
I C = f (U SI), với U SI = const.
Cơm. 2.4. Đặc điểm của bóng bán dẫn hiệu ứng trường có tiếp giáp p-n điều khiển: MỘT- cửa xả (đầu vào); b- tồn kho (đầu ra)
Các thông số cơ bản của Transistor hiệu ứng trường:
· điện áp cắt;
· Độ dốc đặc trưng của cổng. Nó cho thấy dòng thoát sẽ thay đổi bao nhiêu milliamp khi điện áp cổng thay đổi 1 V (Hình 2.4, MỘT)
TRÍCH DẪN S=∆Ic∆U tử , với U SI = const,
;
· Điện trở bên trong (hoặc đầu ra) của bóng bán dẫn hiệu ứng trường (Hình 2.4, b)
Khi U SI = const;
· trở kháng đầu vào
.
Vì chỉ có điện áp chặn được đặt vào cổng nên dòng điện ở cổng sẽ là dòng điện ngược của điểm nối pn đóng và sẽ rất nhỏ. Giá trị của điện trở đầu vào Rin sẽ rất lớn và có thể đạt tới 10 9 Ohms.
Transistor hiệu ứng trường cổng cách điện
2.3.2. Transitor kênh cảm ứng
Các thiết bị này có một cổng ở dạng màng kim loại, được cách ly với chất bán dẫn bằng một lớp điện môi, ở dạng sử dụng oxit silic. Vì vậy, các bóng bán dẫn hiệu ứng trường có cổng cách điện được gọi là MOS và MOS. MOS viết tắt là viết tắt của kim loại, oxit, chất bán dẫn, trong khi MIS là viết tắt của kim loại, điện môi, chất bán dẫn.
MOSFET có thể có hai loại:
· bóng bán dẫn có kênh tích hợp;
· Transistor có kênh cảm ứng.
Biểu tượng đồ họa của họ được hiển thị trong hình. 2.5.
Cơm. 2.5. Ký hiệu đồ họa của bóng bán dẫn MOS: MỘT- có kênh loại n tích hợp; b- có kênh loại p tích hợp; V.- với kênh cảm ứng loại n; G– với kênh loại p cảm ứng
2.3.1. Transitor có kênh tích hợp
Cấu trúc của bóng bán dẫn hiệu ứng trường có kênh tích hợp được thể hiện trong hình. 2.6, MỘT. Cơ sở của một bóng bán dẫn như vậy là một tinh thể silicon có độ dẫn điện loại p hoặc n.
Cơm. 2.6. MOSFET với kênh tích hợp: MỘT- cấu trúc của một bóng bán dẫn có kênh loại n tích hợp; b- Đặc điểm cổng
Transistor hiệu ứng trường là một thiết bị bán dẫn trong đó dòng điện chỉ được tạo ra bởi các hạt mang điện chính dưới tác dụng của một điện trường dọc và dòng điện này được điều khiển bởi một điện trường ngang, được tạo ra bởi điện áp đặt vào điện cực điều khiển.
Một vài định nghĩa:
Cực của bóng bán dẫn hiệu ứng trường nơi các hạt mang điện chính chạy qua được gọi là nguồn.
Cực của bóng bán dẫn hiệu ứng trường, nơi các hạt mang điện chính chảy tới, được gọi là cực máng.
Cực của bóng bán dẫn hiệu ứng trường, nơi đặt một điện áp điều khiển vào, tạo ra một điện trường ngang được gọi là cổng.
Phần chất bán dẫn mà các hạt mang điện chính di chuyển dọc theo, giữa điểm nối p-n, được gọi là kênh bóng bán dẫn hiệu ứng trường.
Do đó, các bóng bán dẫn hiệu ứng trường được chia thành các bóng bán dẫn kênh loại p hoặc loại n.
Hãy xem xét nguyên lý hoạt động bằng ví dụ về bóng bán dẫn có kênh loại n.
1) Uzi = 0; Ic1 = tối đa;
2) |Uzi| > 0; Ic2< Ic1
3) |Uzi| >> 0; Ic3 = 0
Điện áp luôn được đặt vào cổng để các mối nối đóng lại. Điện áp giữa cực máng và nguồn tạo ra một điện trường dọc, do đó các hạt mang điện chính di chuyển qua kênh, tạo ra dòng điện thoát.
1) Trong trường hợp không có điện áp ở cổng, các điểm nối pn được đóng bởi trường bên trong của chính chúng, chiều rộng của chúng là tối thiểu và chiều rộng kênh là tối đa và dòng thoát sẽ tối đa.
2) Khi điện áp chặn ở cổng tăng lên, chiều rộng của các điểm nối p-n tăng lên, đồng thời chiều rộng kênh và dòng thoát giảm.
3) Ở điện áp cổng đủ cao, độ rộng của các điểm nối pn có thể tăng lên đến mức chúng hợp nhất và dòng thoát trở thành bằng không.
Điện áp cổng tại đó dòng thoát bằng 0 được gọi là điện áp cắt.
Kết luận: bóng bán dẫn hiệu ứng trường là một thiết bị bán dẫn được điều khiển, vì bằng cách thay đổi điện áp cổng, dòng điện tiêu hao có thể giảm, và do đó người ta thường nói rằng các bóng bán dẫn hiệu ứng trường có mối nối p-n điều khiển chỉ hoạt động ở chế độ cạn kiệt kênh.
Làm thế nào để giải thích điện trở đầu vào cao của bóng bán dẫn hiệu ứng trường?
Bởi vì Vì bóng bán dẫn hiệu ứng trường được điều khiển bởi điện trường nên thực tế không có dòng điện nào trong điện cực điều khiển, ngoại trừ dòng điện rò rỉ. Do đó, bóng bán dẫn hiệu ứng trường có điện trở đầu vào cao, khoảng 10 14 Ohms.
Điều gì quyết định dòng thoát của bóng bán dẫn hiệu ứng trường?
Phụ thuộc vào điện áp cung cấp U si và U z.
Mạch kết nối các bóng bán dẫn hiệu ứng trường.
Một bóng bán dẫn hiệu ứng trường có thể được kết nối ở một trong ba mạch chính: với một nguồn chung (CS), một cống chung (OC) và một cổng chung (G).
Trong thực tế, mạch có OE thường được sử dụng nhất, tương tự như mạch có bóng bán dẫn lưỡng cực có OE. Một tầng nguồn chung cho khả năng khuếch đại dòng điện và công suất rất lớn. Sơ đồ với OZ tương tự như sơ đồ với OB. Nó không cung cấp khả năng khuếch đại dòng điện và do đó khả năng khuếch đại công suất trong nó ít hơn nhiều lần so với mạch OI. Dòng OZ có trở kháng đầu vào thấp và do đó hạn chế sử dụng thực tế trong công nghệ khuếch đại.
Sự khác biệt giữa bóng bán dẫn hiệu ứng trường và bóng bán dẫn lưỡng cực là gì?
Trong bóng bán dẫn hiệu ứng trường, việc điều khiển dòng điện được thực hiện bằng điện trường được tạo ra bởi điện áp đặt vào, chứ không phải bằng dòng điện cơ sở. Do đó, thực tế không có dòng điện nào trong điện cực điều khiển, ngoại trừ dòng điện rò rỉ.
Chế độ chuyển mạch tĩnh của bóng bán dẫn. Đặc tính tĩnh của bóng bán dẫn hiệu ứng trường.
Các đặc điểm chính bao gồm:
Đặc tính của cống (Hình a) là sự phụ thuộc của dòng thoát (Ic) vào điện áp cổng (Uс) đối với các bóng bán dẫn có kênh loại n.
Đặc tính cống (Hình b) là sự phụ thuộc của Ic vào Usi ở điện áp không đổi tại cổng Ic = f (Usi) tại Uzi = Const.
Các thông số chính:
Điện áp cắt.
Độ dốc đặc trưng của cổng. Nó cho thấy dòng thoát sẽ thay đổi bao nhiêu milliamp khi điện áp cổng thay đổi 1 V.
Điện trở trong (hoặc đầu ra) của bóng bán dẫn hiệu ứng trường
Trở kháng đầu vào
Giải thích ảnh hưởng của dòng điện tiêu hao điện áp bạn tử Và bạn tôi .
Ảnh hưởng của điện áp đầu vào trong bóng bán dẫn trong bộ điều khiển được minh họa trong hình:
Ba chế độ hoạt động chính của bóng bán dẫn.
Trong các loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường khác nhau và ở các điện áp bên ngoài khác nhau, cổng có thể có hai loại hiệu ứng trên kênh: trong trường hợp thứ nhất (ví dụ: trong các bóng bán dẫn hiệu ứng trường có tiếp giáp p-n điều khiển ở điện áp trên các điện cực tương ứng như Hình 2-1.5), nó ngăn cản dòng điện chạy qua kênh, làm giảm số lượng hạt mang điện đi qua nó (chế độ này được gọi là chế độ cạn kiệt kênh), trong trường hợp thứ hai (ví dụ, trong các bóng bán dẫn MOS có kênh cảm ứng, được kết nối theo Hình 2-1.7), ngược lại, cổng sẽ kích thích dòng điện chạy qua kênh, làm tăng số lượng điện tích các sóng mang trong dòng chảy ( chế độ làm giàu kênh). Thường thì họ chỉ nói về chế độ nạc Và chế độ làm giàu . Lưu ý rằng các bóng bán dẫn MOS có kênh cảm ứng chỉ có thể ở chế độ hoạt động trong trường hợp chế độ làm giàu kênh và đối với các bóng bán dẫn MOS có kênh tích hợp, đây có thể vừa là chế độ làm giàu vừa là chế độ cạn kiệt. Trong các bóng bán dẫn hiệu ứng trường tiếp giáp pn, việc cố gắng áp dụng độ lệch thuận cho điểm nối sẽ làm cho nó mở ra và gây ra dòng điện đáng kể chạy trong mạch cổng. Các quá trình thực tế trong bóng bán dẫn trong trường hợp này phụ thuộc rất nhiều vào thiết kế của nó, hầu như không bao giờ được ghi lại và rất khó dự đoán. Do đó, việc nói về chế độ làm giàu cho các bóng bán dẫn hiệu ứng trường với một điểm nối điều khiển không được chấp nhận và đơn giản là vô nghĩa.
Chế độ bão hòa - đặc trưng cho trạng thái không phải của toàn bộ bóng bán dẫn, như trường hợp của các thiết bị lưỡng cực, mà chỉ đặc trưng cho trạng thái của kênh mang dòng điện giữa nguồn và cống. Chế độ này tương ứng với độ bão hòa của kênh với các hạt mang điện chính. Hiện tượng như vậy bão hòa là một trong những tính chất vật lý quan trọng nhất của chất bán dẫn. Hóa ra là khi đặt một điện áp bên ngoài vào kênh bán dẫn, dòng điện trong kênh đó chỉ phụ thuộc tuyến tính vào điện áp này đến một giới hạn nhất định ( điện áp bão hòa), và khi đạt đến giới hạn này, nó ổn định và hầu như không thay đổi cho đến khi cấu trúc bị phá vỡ. Khi áp dụng cho các bóng bán dẫn hiệu ứng trường, điều này có nghĩa là khi điện áp nguồn thoát vượt quá một mức ngưỡng nhất định, nó sẽ không còn ảnh hưởng đến dòng điện trong mạch. Nếu đối với các bóng bán dẫn lưỡng cực, chế độ bão hòa có nghĩa là mất hoàn toàn các đặc tính khuếch đại, thì đối với các bóng bán dẫn trường thì điều này không xảy ra. Ngược lại, ở đây, độ bão hòa kênh dẫn đến tăng độ lợi và giảm độ méo phi tuyến. Cho đến khi điện áp nguồn đạt đến độ bão hòa, dòng điện qua kênh tăng tuyến tính khi điện áp tăng (nghĩa là nó hoạt động giống như trong điện trở thông thường). Tác giả không biết bất kỳ tên nào được đặt cho trạng thái này của bóng bán dẫn hiệu ứng trường (khi dòng điện chạy qua kênh nhưng kênh chưa bão hòa), chúng tôi sẽ gọi nó là chế độ kênh không bão hòa(nó tìm thấy ứng dụng trong các công tắc tương tự trên các bóng bán dẫn hiệu ứng trường). Chế độ bão hòa kênh thường là bình thường khi một bóng bán dẫn hiệu ứng trường được nối với các mạch khuếch đại nên trong tương lai khi xem xét hoạt động của các bóng bán dẫn trong mạch chúng ta sẽ không chú trọng nhiều đến điều này, ngụ ý rằng có một điện áp giữa cực máng. và nguồn của bóng bán dẫn đủ để bão hòa kênh.
Điều gì đặc trưng cho chế độ hoạt động chính của bóng bán dẫn?
Chế độ hoạt động chính của bóng bán dẫn là chế độ trong đó nó có thể mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn và lý tưởng nhất là không có trạng thái trung gian nào mà thành phần đó mở một phần. Công suất được giải phóng trong bóng bán dẫn ở chế độ tĩnh bằng tích của dòng điện chạy qua các cực nguồn và điện áp đặt giữa các cực này.
Trong trường hợp lý tưởng, khi bóng bán dẫn mở, tức là. ở chế độ bão hòa, điện trở của nó giữa các cực nguồn thoát có xu hướng bằng không. Tổn thất điện năng ở trạng thái mở là tích của điện áp bằng 0 và một lượng dòng điện nhất định. Do đó, công suất tiêu tán bằng không.
Lý tưởng nhất là khi bóng bán dẫn đóng, tức là. ở chế độ cắt, điện trở của nó giữa các cực nguồn thoát nước có xu hướng vô cùng. Tổn thất điện năng ở trạng thái đóng là tích của một giá trị điện áp nhất định và giá trị dòng điện bằng 0. Do đó, tổn thất điện năng bằng không.
Hóa ra ở chế độ chuyển mạch, lý tưởng nhất là tổn thất điện năng của bóng bán dẫn bằng không.
Cái gì được gọi là tầng khuếch đại?
Sự kết nối của một số bộ khuếch đại được thiết kế để tăng các thông số của tín hiệu điện. Chúng được chia thành giai đoạn tiền khuếch đại và giai đoạn đầu ra. Những giai đoạn đầu tiên được thiết kế để tăng mức điện áp tín hiệu và các giai đoạn đầu ra được thiết kế để đạt được dòng điện hoặc công suất tín hiệu cần thiết.
