MDP (metal‑oksido‑puslaidininkio) tranzistorius - vienas iš pagrindinių lauko tranzistorių tipų, plačiai naudojamas elektronikoje dėl didelio įėjimo varžos ir gero valdymo galimybių. Toliau aptariama lauko tranzistorių klasifikacija, MDP tranzistorių su indukuotuoju ir pradiniu kanalu sandaros ir veikimo principai, taip pat pateikiamos scheminės charakteristikos ir palyginimas su bipolariniais tranzistoriais.
1. Lauko tranzistorių klasifikacija
Pagal užtūros tipą lauko tranzistoriai skirstomi į lauko tranzistorius su valdančiosiomis pn sandūromis (sandūrinius lauko tranzistorius) ir lauko tranzistorius su izoliuotąja užtūra.
Pagal kanalo veikos pobūdį jie skirstomi į praturtintosios veikos lauko tranzistorius ir nuskurdintosios veikos lauko tranzistorius. MDP tranzistoriai būna su indukuotuoju kanalu arba su pradiniu kanalu.
2. Sandūriniai lauko tranzistoriai - sandara ir veikimas
Tranzistoriui panaudotas n puslaidininkio lustas, kuriame sudarytos dvi p sritys. Tarp pn sandūrų esanti n sritis yra tranzistoriaus kanalas. Prie jo galų prijungti ištakos ir santakos elektrodai. Užtūros vaidmenį atlieka p sritys.
Tranzistoriaus veikimas pagrįstas tuo, kad kanalo storis ir jo skerspjūvio plotas priklauso nuo valdančiosios įtampos Uui, veikiančios tarp užtūros ir ištakos. Įtampa Uui sandūroms yra atgalinė. Didėjant šiai įtampai, pn sandūros plečiasi, kanalo storis mažėja, o jo varža didėja. Jeigu tarp santakos ir ištakos veikia įtampa, tai didėjant kanalo varžai silpnėja juo tekanti srovė. Taigi užtūros įtampa gali valdyti tranzistoriaus kanalo srovę.
3. MDP tranzistorius su indukuotuoju kanalu - sandara ir veikimas
Indukuotojo kanalo MDP tranzistorius yra praturtintos veikos tranzistorius. Oksido sluoksnis liečia lokaliąsias sritis. Kai tarp užtūros ir ištakos nėra įtampos, kanalu srovė neteka, nes jame yra dvi priešpriešiais sujungtos pn sandūros.
Kai užtūros įtampa teigiama, susidaro inversinis n sluoksnis. Kai įtampa didėja, kanale didėja elektronų koncentracija ir jo laidumas. Kai įtampa didėja, kanale didėja elektronų koncentracija ir jo laidumas - todėl indukuotojo kanalo MDP tranzas elgiasi kaip praturtintos veikos įrenginys: užtūros teigiama įtampa „įjungia“ kanalą ir didina srovę.
4. MDP tranzistorius su pradiniu kanalu - sandara ir veikimas
Pradinio (įdiegto) kanalo MDP tranzistorius turi silpnai legiruotą n kanalą, ant jo oksido sluoksnį ir metalinį užtūros elektrodą. Kai yra Usi, srovė teka kaip per rezistorių.
Bendrosios ištakos schemoje jeigu prijungsime teigiamą Uui, į kanalą iš santakos ir ištakos sričių pritraukiami elektronai ir teka kanalu, nes jo varža mažėja. Didinant įtampą, srovė stiprėja. Neigiama užtūros įtampa stumia elektronus, kanalo varža padidėja. Taigi tranzistoriaus veiką galima praturtinti ir paskurdinti. Todėl MOP tranzai su pradiniu kanalu yra nuskurdintosios arba praturtintosios veikos tranzistoriai.
5. Santakos (išėjimo) charakteristika - LT su valdančiosiomis sandūromis bendrosios ištakos schema
Kai didėja išėjimo įtampa Usi, tranzistoriaus kanalu tekanti srovė tiesiškai stiprėja. Kita vertus, didėjant Usi, didėja atgalinė valdančiosios pn sandūros įtampa kanalo gale prie santakos. Todėl šiuose kanalo galuose pn sandūros storis didėja, kanalas plonėja ir didėja jo varža.
Veikiant įtampai Usi = |Uui0|, prie santakos pn sandūros susiliečia ir kanalo varža labai padidėja. Tada, kylant išėjimo įtampai, santakos srovė beveik nebestiprėja - per tranzistorių teka soties srovė Ismax. Tokiame tranzistoriuje didėjant užtūros neigiamai įtampai Uui, plečiasi pn sandūros, mažėja kanalo storis, didėja jo varža ir mažėja kanale tekančios srovės stiprumas. Taip užtūros įtampa valdo per tranzistorių tekančią srovę Is.
6. Perdavimo charakteristika - kaip įėjimo įtampa valdo santakos srovę
Valdančioji įtampa veikia tarp užtūros ir ištakos. Įtampa sandūroms yra atgalinė. Didėjant šiai įtampai, pn sandūros plečiasi, kanalo storis mažėja, o jo varža didėja. Jei tarp santakos ir ištakos veikia įtampa, didėjant kanalo varžai silpnėja juo tekanti srovė.
Perdavimo charakteristika parodo santakos srovės priklausomybę nuo užtūros įtampos: didėjant teigiamai užtūros įtampai indukuotajame kanale - srovė didėja, didėjant neigiamai užtūros įtampai - srovė mažėja.
7. LT pagrindiniai parametrai ir jų nustatymas
LT pagrindiniai parametrai apima santakos soties srovę Ismax, tranzistoriaus pralaidumą, nuolatinę charakteristiką (Is-Usi), perdavimo charakteristiką (Is-Uui), slenksčio įtampą (Vth), kanalų varžą ir įėjimo varžą. Šie parametrai randami pagal tranzistoriaus charakteristikas: iš išėjimo charakteristikų nustatoma Ismax, iš perdavimo charakteristikos - slenksčio ir pralaidumo parametrai, iš mažų signalo charakteristikų - dinaminės varžos ir perjungimo savybės.
| Parametras | Apibrėžimas / nustatymas |
|---|---|
| Ismax | Soties santakos srovė, iš dedžimo išėjimo charakteristikos |
| Vth (slenkstis) | Iš perdavimo charakteristikos, Uui reikšmė, prie kurios pradeda formuotis kanalas |
| Kanalų varža | Iš nuolatinės Is-Usi priklausomybės prie mažų Usi |
| Perdavimo koeficientas | ΔIs/ΔUui pagal perdavimo charakteristiką |
8. Palyginimas: npn, pnp bipolariniai tranzistoriai ir lauko tranzistoriai
Lauko tranzistoriuose (angl. FET - field effect transistor) srovę kuria specialiai sudaryto kanalo pagrindiniai krūvininkai. Kadangi srovę lemia vieno ženklo krūvininkai, šie tranzistoriai dar vadinami vienpoliais tranzistoriais. Kanalo laidumą ir juo tekančią srovę valdo statmenas srovės krypčiai elektrinis laukas.
Dvipoliuose tranzistoriuose teka abiejų tipų krūvininkų (elektroninės ir skylinės) srovės. Bipoliniuose tranzistoriuose (npn, pnp) sroves sudaro kelios dedamosios: pagrindinė tranzistoriaus srovė, emiterio sandūros srovės dedamoji, rekombinacinė srovė ir kolektoriaus šiluminė srovė.
Palyginus savybes: lauko tranzistoriai turi didelę įėjimo varžą, valdymas įtampa, mažesnis triukšmas ir paprastai geresnis terminis stabilumas; bipolariniai tranzistoriai pasižymi didesniu srovės sustiprinimu mažomis įtampomis, bet reikalauja signalo srovės įėjimui ir turi mažesnę įėjimo varžą.
Klausimų santrauka ir atsakymai
- Kaip klasifikuojami lauko tranzistoriai?
Pagal užtūros tipą: sandūriniai ir su izoliuotąja užtūra; pagal kanalo pobūdį: praturtintosios ir nuskurdintosios; MDP gali būti su indukuotuoju arba pradiniu kanalu.
- Nubraižykite elektrinėse schemose vartojamus lauko tranzistorių grafinius atvaizdus.
Sandūriniai lauko tranzai, pradinio kanalo MOP tranzai, indukuotojo kanalo MOP tranzai.
- Aptarkite LT su valdančiosiomis pn sandūromis sandarą ir veikimą.
N puslaidininkio lustas su dviem p sritimis, tarp jų n kanalas; kanalo storis ir varža priklauso nuo valdančiosios įtampos Uui - didėjant Uui pn sandūros plečiasi ir kanalas siaurėja, srovė mažėja.
- Nurodykite LT su valdančiosiomis sandūromis ir n kanalu santakos ir užtūros maitinimo įtampų poliškumą.
Priklauso nuo konstrukcijos: n kanalui užtūros teigiama įtampa indukuoja kanalą (praturtina), neigiama - paskurdo.
- Nubrėžkite LT su valdančiosiomis sandūromis, įjungto pagal bendrosios ištakos schemą, išėjimo charakteristiką. Paaiškinkite santakos srovės priklausomybę nuo santakos įtampos.
Is auga tiesiškai su Usi iki momento, kai prie santakos pn sandūra susiliečia ir pasiekiama soties srovė Ismax; toliau Is mažai priklauso nuo Usi.
- Nubrėžkite LT su valdančiosiomis sandūromis, perdavimo charakteristiką. Paaiškinkite, kaip įėjimo įtampa valdo santakos srovę.
Didėjant Uui pn sandūros plečiasi, kanalas siaurėja, jo varža didėja ir srovė mažėja; priešingu atveju praturtinimas sukelia srovės didėjimą.
- Kokia MDP tranzistoriaus su indukuotuoju kanalu sandara? Kaip jis veikia?
Oksido sluoksnis, metalinis užtūros elektrodo sluoksnis; teigiama užtūros įtampa sukuria inversinį sluoksnį, didina elektronų koncentraciją ir laidumą.
- Kokia MDP tranzistoriaus su pradiniu kanalu sandara? Paaiškinkite jo veikimą.
Silpnai legiruotas n kanalas po oksido sluoksniu; esant Usi srovė teka panašiai kaip per rezistorių; teigiama Uui pritraukia elektronus ir sumažina varžą, neigiama didina varžą.
- Išvardinkite LT pagrindinius parametrus. Kaip jie randami pagal tranzistoriaus charakteristikas?
Ismax, Vth, kanalo varža, perdavimo koeficientas - randami iš išėjimo ir perdavimo charakteristikų.
- Palyginkite npn, pnp tranzistorių ir lauko tranzistorių savybes.
Lauko tranzistoriai: vienpoliai, valdomi įtampa, didelė įėjimo varža; bipolariniai: reikalauja srovės valdymui, didesnis sustiprinimas, sudėtingesnė srovės sudėtis.
Šiame tekste pateikti aprašymai, schemos ir charakteristikos padeda suprasti MDP tranzistorių sandarą ir jų veikimo mechanizmus, lyginant su kitų tipų lauko ir bipolariniais tranzistoriais.
tags: #mdp #tranzistoriaus #statumas