• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Температурні залежності та шуми ПТ

Параметри ПТ залежать від температури, тому при постійних напругах на його електродах струм стоку в інтервалі робочих температур не є сталим. Він може як збільшуватися, так і зменшуватися з підвищенням температури, тобто температурний коефіцент струму стоку може мати позитивне, нульове або негативне значення. Температурна нестабільність характеристик і параметрів ПТ спричиняє головним чином зміну рівнів напруги відсікання або порогової напруги.

Основними фізичними причинами зміни струму стоку МДН-тран­зис­торів є температурні залежності рухомості носіїв у каналі, порогової напруги та значення позитивного поверхневого заряду. З одного боку, рухомість носіїв у каналі зменшується з ростом температури, що спричиняє зменшення струму. Одночасно зменшується порогова напруга і струм стоку збільшуються. Таким чином, температурні зміни кру­тості та порогової напруги можуть взаємно компенсуватися. Стокзатворні характеристики при двох температурах перетинаються в одній точці, тобто є така особлива робоча точка – термостабільна, в якій струм стоку не залежить від температури. Цю властивість МДН-транзисторів викорис­товують для створення схем з підвищеною температурною стабіль­ністю.

Параметри МДН-транзисторів менш чутливі до зміни температури, ніж параметри БТ. Фізична причина цієї відмінності полягає в тому, що в МДН-транзисторі використовуються основні носії заряду, концентрація яких у діапазоні робочих температур майже постійна. Характеристики ПТ менше залежать від електрофізичних параметрів напівпровод­ника, ніж характеристики БТ. Для БТ велике значення мають концентрація неосновних носіїв і тривалість їх життя, які дуже залежать від температури.

В умовах підвищеної температури навколишнього середовища максимально допустима потужність розсіювання зменшується через погіршення умов охолодження .Польові транзистори на відміну від інших напівпроводникових приладів мають кращу радіаційну стійкість.

Шуми ПТ визначаються тепловими, надлишковими (1/f-шум) та дробовими шумами.

Тепловий шумстворюєтьсяхаотичним рухом носіїв заряду в провідному каналі, керованому опором. Як і на всякому опорі на ньому існують флуктуації струму та напруги. Тепловий шум розподіляється за частотою (білий шум). На середніх робочих частотах тепловий шум у ПТ є основним.

Надлишковий шум(або 1/f-шум) домінує в області низьких частот; його інтенсивність зростає приблизно обернено пропорційно робочій частоті (звідси i назва «1/f-шум»). Джерелом надлишкового шуму є довільні локальні зміни електричних властивостей матеріалів та їх поверхневих станів..

Дробовий шумстворюється струмом затвора і стає помітним у разі великих опорів у колі затвора. У ПТ він відносно малий, тому його зазвичай не враховують. Шумові властивості ПТ, як і БТ, оцінюють за допомогою коефіцієнта шуму F.

5.7 Класифікація та особливості використання ПТ

Для позначення ПТ застосовують систему позначень БТ. Як напівпро­від­никовий матеріал ПТ використовують кремній, а тому перша літера в позначенні – К або цифра 2. Належність приладу до ПТ відображається літерою П. Таким чином, одержуємо сполучення КП (або 2П), біполярні транзистори КТ (або 2Т).

У технічній літературі та довідниках ПТ так само, як і БТ, класифікують за максимально допустимою потужністю розсіювання та частотою. У позначенні ПТ це відображено за допомогою класифікаційного номера (цифр від 1 до 9), який вказує максимально допустиму потужність та частотний діапазон. Ці дані повністю збігаються з відповідними параметрами для БТ.

Виготовляючи дискретні ПТ, застосовують планарну групову технологію. Це дозволяє на одному кристалі створювати транзистори, параметри та характеристики яких майже повністю збігаються. Дійсно, ПТ формується на кристалі напівпровідника на дуже малій відстані один від одного (електрофізичні властивості ділянок майже не відрізняються), структури створюються в єдиному технологічному процесі. У результаті стало можливим виготовляти здвоєні ПТ, які знаходять широке застосування для побудови симетричних (балансних схем), зокрема, диференціальних підсилювачів. Здвоєні ПТ використовують як навісні компоненти. У позначеннях такі прилади виділяють літерою С (2ПС або КПС).

Польові транзистори можуть бути з одним або двома керувальними p‑n‑переходами (затворами). Другий перехід створюється підкладкою, обмежує канал знизу. Найчастіше другий затвор (підкладку) з’єднують з витоком (із заземленим електродом), а інколи – з основним затвором. За необхідності другий затвор можна використовувати як другий керувальний електрод, що дає змогу ефективно використовувати такі ПТ у перетворювачах або змішувачах частоти, коли напруга одного інформаційного сигналу подається на перший затвор, а іншого – на другий затвор. При цьому корисний ефект створюється завдяки безпосередній взаємодії вказаних напруг так само, як і у двосіткових (тетродних) перетворювачах на електронних лампах. Тому ПТ із двома затворами називають тетродами.

Польові транзистори широко використовують для побудови ЕС Вони є приладами універсального призначення. Їх застосування дозволяє значно розширити схемотехнічні можливості при конструюванні апаратури, поліпшити якісні показники пристроїв, спростити схеми. Можна виокремити такі функціональні вузли, для побудови яких ефективно використовують ПТ: малошумові низькочастотні підсилювачі, підсилювачі високих частот, генератори, перетворювачі, змішувачі, підсилювачі постійного струму, диференціальні підсилювачі, ключові схеми тощо. Усе це стосується апаратури як на дискретних елементах, так і на інтегральних схемах.

Великого поширення набули транзистори з ізольованим затвором передусім завдяки впровадженню мікроелектроніки. МДН-транзистори є основою побудови різних за функціональним призначенням кремнієвих інтегральних схем, особливо надвеликих: мікропроцесорів, мікро-ЕОМ, електронних калькуляторів, запам’ятовувальних пристроїв великої інфор­маційної ємності, електронних годинників, пристроїв медичної електронікиі т. ін. Потужні МДН-транзистори використовують у перемикальних схемах.

У сучасних ЕС використовують широку гаму ПТ. Як керувальні випрямні переходи, крім кремнієвих р-п‑переходів, дедалі більше застосовують гетероструктурні та випрямні переходи з бар’єрами Шотткі. Транзистори з керувальним переходом метал – напівпровідник на арсеніді галію завдяки набагато більшим дрейфовій швидкості і рухливості електронів, ніж кремнієвого р-п‑переходу, забезпечують збільшення максимальної частоти підсилення електричних сигналів з 10 до 30 ГГц. Такі прилади застосовують у надшвидкодіючих цифрових системах і пристроях надвисокої частоти. Найбільшу швидкодію і роботу на частоті у межах 130...150 ГГц забезпечують ПТ з керувальними гетеропереходами метал – напівпровідник. Коефіцієнт шуму таких приладів становить: 0,1 дБ на частоті до 10 Гц, 2 дБ на частоті до 400 МГц, 3 дБ на частоті до 40 ГГц.

До потужних ПТ належать прилади з допустимою потужністю розсіювання понад 1,5 Вт. Найпоширенішими є кремнієві МДН-транзистори з індукованим каналом п-типу у вигляді паралельно з’єднаних декількох каналів, що забезпечує більші робочі струми, малий опір відкритого тран­зистора (мінімальну залишкову напругу) та більшу крутість стокзатворної характеристки. Максимально допустима напруга у потужних ПТ досягає значень 500...1000 В, а максимальний робочий струм – 10...20 А. Тривалість перемикання таких приладів становить 0,003...0,3 мкс.

При монтажі радіоелектронної апаратури особливості ПТ вимагають обов’язкового виконання таких запобіжних заходів: під час паяння усі виводи МДН-транзистора повинні бути закороченими, а жало паяльника – заземленим; вивід ПТ, з’єднаний з корпусом, необхідно приєднувати до схеми першим, а від’єднувати останнім; усі види обладнання, корпуси апаратури та вимірювальних приладів мають бути електрично заземлені; МДН-транзистори необхідно зберігати і транспортувати за наявності короткозамикачів на їх виводах. Використовуючи ПТ, необхідно ретельно виконувати ще ряд вимог, які сформульовані в технічних умовах.

5.8 Порівняння польових та біполярних транзисторів

Біполярні та польові транзистори виконують однакові функції: підсилюють потужність (реалізують принцип реле) в лінійних та ключових схемах. Це відбувається за рахунок майже безінерційного керування опором транзисторів в електричному колі, що вмикається у зовнішнє джерело живлення. Водночас слід виділити ряд важливих властивостей ПТ і БТ, які ґрунтуються на різних фізичних процесах, що використовуються для побудови приладів, на різних принципах керування приладами та особливостях експлуатації. Узагальнююче порівняння цих двох типів транзисторів показано у табл. (5.1)

Наведені в табл. (5.1) порівняння показують, що в дискретних електронних пристроях МДН-транзистори мають перевагу перед біполярними, а саме:

– вхідне (керувальне) коло споживає дуже мало енергії, оскільки вхідний опір цих приладів досягає значення близько 10¹⁷Ом; підсилення потужності та струму набагато більше, ніж БТ;

– завдяки тому, що керувальне коло ізольоване від вихідного, значно підвищується надійність роботи і завадостійкість схем;

– мають низький рівень власних шумів, оскільки немає інжекції та властивих їй флуктуацій;

– мають більш високу власну швидкодію, оскільки в них немає інерційних процесів накопичування і розосередження носіїв зарядів.

Потужні МДН-транзистори все більше витісняють БТ у пристроях з високою швидкодією та підвищеною надійністю роботи.

Слід також виділити ряд недоліків, властивих МДН-транзисторам. Через відносно великий опір каналу у відкритому стані спад напруги на відкритому МДН-транзисторі (залишкова напруга) помітно більший, ніж спад напруги на БТ у режимі насичення. Крім того, ПТ мають істотно менше значення межової температури структури, яка дорівнює 150 °C (для кремнієвих БТ – 200 °C). Це обмежує використання ПТ у середовищах з температурою понад 100 °C.

Таблиця 5.1. Порівняння біполярних та польових транзисторів

5.9 Поточний самоконтроль

5.9.1 Завдання для моделювання та дослідження схем в MS

1. Сформувати модель та дослідити однокаскадний підсилювач зі схемою автоматичного зміщення на ПТ (рис.5.12, а):

1.2. Дослідити підсилювач при передачі та підсиленні гармонічних сигналів. Визначити діапазон зміни опору резистора R3, в межах якого досягається максимальне підсилення гармонічного сигналу за напругою.

1.3. Дослідити діапазони зміни амплітуд вхідних гармонічних сигналів, за яких вихідні сигнали формуються з мінімальними нелінійними спотвореннями (рис. 5.13, а).

1.4. Дослідити діапазони зміни амплітуд вхідних імпульсних сигналів позитивної та негативної полярностей, за яких досягаються режими насичення тавідсікання (рис. 5.13, б; рис. 5.13, в).

1.5. Повторити досліди при відключенні конденсатора С2. Порівняти та пояснити одержані результати.

2. Сформувати модель та дослідити ключ на МДН-транзисторі з індукованим каналом та з резистивним навантаженням (рис. 5.14:

- визначити мінімальні амплітуди вхідних позитивних імпульсів, за яких відбувається перемикання;

- за допомогою візірних лінійок на екрані осцилографа визначити тривалість перемикання;

- оцінити ключ за швидкодією та потужністю споживання

3. Сформувати модель та дослідити комплементарний ключ (рис.5.15,а ).

Виконати експерименти, сформовані в попередньому досліджені. Порівняти ключі за швидкодією та потужністю споживання.

4. Побудувати та дослідити модель схеми збігу (логічної схеми 2-І-НІ, рис.5.16, а).

Засвоїти методику «монтажу», налагодження та дослідження комплементарних ключів. На один вхід подати імпульси частотою 20 кГц (шпаруватістю 30%), на другий - частотою 5 кГц (шпаруватістю 5%). Дослідити мінімальні амплітуди вхідних сигналів, за яких забезпечується стабільна робота схеми (рис.5.16, б).

5.9.2 Контрольні запитання

1. Яким чином за допомогою ПТ реалізується принцип реле?

2. Унаслідок яких фізичних процесів відбувається керування струмом за допомогою ПТ з керувальним р-п-переходом?

3. Чому в МДН-транзисторах відбувається інверсія провідності?

4. За яких умов в МДН-транзисторах реалізуються режими збіднення та збагачення?

5. Наведіть керувальні характеристики всіх типів ПТ.

6. Унаслідок яких фізичних процесів формується полога ділянка вихідних характеристик ПТ?

7. Наведіть три схеми ключів на ПТ з різними типами навантаження.

8. Чому під час використання комплементарних ключів підвищується швидкодія і зменшується споживання потужності?

9. Як досягається зменшення залишкової напруги в ключах на ПТ?

10. Унаслідок чого підвищується швидкодія ПТ та розширюються частотний діапазон пристроїв?

11. Які переваги ПТ над БТ та їх недоліки?

Читайте також:

1. Аверсивную терапію використовують, як правило, при лікуванні алкоголізму, нікотиновій залежності і деяких інших захворювань.
2. АКТ ПРОГОЛОШЕННЯ НЕЗАЛЕЖНОСТІ УКРАЇНИ
3. Аналіз фінансової незалежності підприємства
4. Аспекти незалежності аудиторської професії
5. Аспекти незалежності аудиторської професії.
6. В залежності від впливу зміни обсягів виробництва витрати
7. В залежності від джерел сплати
8. В залежності від мети та характеру угоди, які лежать в основі випуску векселів, а також їх забезпечення розрізняють комерційні, фінансові та фіктивні векселя.
9. В залежності від місця виникнення
10. В залежності від обстановки та бойового завдання, наявності сил та засобів, а також від характеру місцевості, оборона може бути позиційною, маневреною .
11. В залежності від обстановки та бойового завдання, наявності сил та засобів, а також від характеру місцевості, оборона може бути позиційною, маневреною .
12. В залежності від підстав укладеннядоговори поділяються на вільні та обов'язкові.

Переглядів: 1246