Как найти крутизну транзистора

От редакции РЛ

Издательство Наука и Техника предложило для ознакомления несколько глав из только что вышедшей книги С. А. Гаврилова «Искусство схемотехники. Просто о сложном».

Сегодня Радиолоцман предлагает вниманию читателей первую главу.

---

Аннотация издательства Наука и Техника

Книга является путеводителем для радиолюбителя и начинающего разработчика в мир создания электронных схем на полупроводниковых элементах. Глубина рассмотрения сочетается с предельной доступностью, использованием наиболее простых и «прозрачных» методов синтеза схем и их анализа. Выдержан принцип пошагового рассмотрения – от простого к сложному. Радиолюбителям эта уникальная книга поможет перейти от слепого копирования схем к созданию собственных конструкций. Создаются и сравниваются аналогичные конструкции на различной элементной базе. Содержится интересный разбор частых заблуждений и ошибок, много полезного материала из практики разработчиков электронных схем. Книга предназначена для радиолюбителей и начинающих разработчиков. В ряде случаев книга будет полезна профессиональным разработчикам и студентам радиотехнических специальностей: изложение ведется на достаточно серьезном уровне.

---

1.1 Транзисторы и их модели

Характеристики транзисторов

Начало промышленного выпуска плоскостных полупроводниковых триодов приходится на середину 50-х годов прошлого века. Тогдашним радиоинженерам, привыкшим работать с электронными лампами, новый усилительный прибор казался как бы «ухудшенной радиолампой».

Дело в том, что и принципы построения схемных конфигураций, и методы расчетов – по инерции оставались пронизанными «ламповым подходом», предполагавшим относительно надежное знание характеристик активного прибора. Вы и сами наверняка встречали в литературе методики расчетов транзисторных каскадов, связанные с отысканием рабочих точек на кривых, построением к ним касательных, и прочим подобным… В этой книге ничего такого не будет.

Радиолюбитель:

Не понимаю, что в этом плохого, ведь такие методики считаются классикой?

Плохо то, что кривые оказываются недостоверными, характеристики – нестабильными, в итоге весь расчет – блефом.

Радиолюбитель:

Однако во многих справочниках вольтамперные характеристики для различных типов транзисторов приведены.

Если вы в них всмотритесь, то убедитесь, что все они похожи как две капли воды. Вполне достаточно иметь представление о типичной характеристике биполярного транзистора. Ей-то мы сейчас и займемся. Не забывая, что характеристику нельзя рассматривать как «точную».

Радиолюбитель:

Если она не точная… то как же быть?

Секрет состоит в непревзойденных свойствах обычного (так называемого биполярного) транзистора. А именно: характерные его сопротивления оказываются либо значительно меньше, либо значительно больше типичных величин пассивных сопротивлений схемы.

Это дает возможность использовать очень простые, но достаточно адекватные модели активных приборов. Эффективность применения таких моделей связана с особым подходом к расчету, когда анализ схемы проводят не со входа, а с выхода, ориентируясь на «конечный результат».

Радиолюбитель:

Я уже догадываюсь, что речь идет о подходе, похожем на тот, который применяют при построении устройств на операционных усилителях?

Совершенно верно. Точно так же, как в вашем примере, использование таких моделей предполагает построение схемных конфигураций, основные параметры которых мало зависят от характеристик активных элементов.

Этому же способствует отказ от привычки «экономить» транзисторы (как когда-то лампы).

Радиолюбитель:

Это-то понятно, ведь даже дискретные полупроводниковые приборы дешевле, да и, пожалуй, надежнее многих других элементов схемы.

Верно. Ну а количество активных элементов на кристалле интегральной схемы, как вы понимаете, вообще не имеет существенного значения.

Биполярный транзистор

Перед нами важнейшие характеристики типичного маломощного кремниевого транзистора: характеристика прямой передачи (рис. 1.1) и семейство выходных характеристик – при заданном токе эмиттера (рис. 1.2) и при заданном напряжении база-эмиттер (рис. 1.3). Отметим главное.

Рис. 1.3.	При UКЭ, близком к нулю, усилительные свойства теряются

При тех значениях тока коллектора I_К, которые являются допустимыми для конкретного прибора, напряжение между базой и эмиттером транзистора (а оно-то и служит управляющим) почти всегда должно находиться в пределах 0..6…0.7 В.

Крутизна прямой передачи биполярного транзистора S = ΔI_К / ΔU_БЭ очень велика (десятки и сотни мА/В), это хорошо видно по рис. 1.1. 

Выходное сопротивление транзистора (см. рис 1.2) при заданном эмиттерном токе – ΔU_КБ / ΔI_К  очень велико – не менее 1 МОм.

Усилительные свойства транзистора сохраняются при снижении напряжения между коллектором и базой I_КБ до нуля (и даже чуть ниже – см. рис. 1.2).

Токи коллектора и эмиттера практически равны между собой. Точнее, они различаются на малую величину тока базы:

причем отношение I_К / I_Б представляет собой известный параметр транзистора – коэффициент передачи тока, обозначаемый h_21Э (можно также встретить и вариант обозначения β).

Крутизна прямой передачи

С достаточной степенью точности крутизна биполярного транзистора определяется током коллектора:

S = IК / φТ или: S = 40IК

(1.2)

(I_К в миллиамперах, S – в миллиамперах на вольт). Фигурирующий здесь коэффициент 40 – это величина, обратная так называемому термическому потенциалу φ_Т, пропорциональному абсолютной температуре. И она потребует поправок, если температура кристалла отличается от «нормальной», при которой φ_Т = 25 мВ.

Вообще-то (1.2) является дифференциальным уравнением, из которого следует, что характеристика прямой передачи (зависимость I_К от U_БЭ) является экспоненциальной функцией. И это действительно верно для не слишком больших токов.

Радиолюбитель:

А как для «слишком больших»?

При токах I_К, близких к предельно допустимым для транзисторов данного типа, формула (1.2) дает завышенные значения. Причина – дополнительное падение напряжения от базового тока на омическом сопротивлении базы.

«Линейный участок» или иллюзия?

Не правда ли, кривые, наподобие изображенной на рис. 1.1, дают видимость наличия ясно выраженных участков: с большей кривизной (левее) и почти линей-ного (справа)?

Радиолюбитель:

По-моему, это очевидно.

Вот отсюда – ошибочные советы по «правильному выбору рабочей точки», при котором надо судить по визуально оцениваемой форме кривых.

Но достаточно изменить масштаб графика по оси токов, и прежняя экспонента просто сдвинется вправо или влево. Это сразу обнаружит иллюзорность выделения в характеристике транзистора специфических участков или каких-либо особых точек (например, «с максимальной кривизной – для лучшего детекти-рования»).

Радиолюбитель:

А как же тогда выбирать оптимальный режим, ведь в книгах всегда твердят: «на линейном участке»?

Такие вопросы решаются не столь легкомысленно, а на более серьезной основе, и мы это увидим в последующих главах.

Коэффициент передачи тока базы

Статическое значение параметра h_21Э, контролируемое на низких частотах, играет немалую роль при расчете схем. Завод-изготовитель, даже для нормальной температуры, дает на величину h_21Э весьма большой допуск (убедитесь в этом, заглянув в справочник).

Радиолюбитель:

Да, в справочных данных обычная разница между минимумом и максимумом 2.5 – 3 раза.

Вот чтобы не оказаться в ситуации, когда спроектированная схема неработоспособна с некоторыми экземплярами транзисторов (вполне исправными!), расчет ведут всегда, ориентируясь на наихудшее для данного случая значение коэффициента передачи тока h_21Э (для выбранного типа прибора и классификационной группы).

Радиолюбитель:

То есть – на наименьшее?

Почему же? Смотря по содержанию расчета. Бывает и обратное.

Коэффициент передачи тока h_21Э зависит от величины коллекторного тока, но меньше, чем крутизна. Для маломощных транзисторов этот параметр чаще всего имеет максимум в диапазоне токов 5…20 мА, но заметный спад его начинается лишь при I_К менее 0.5…1 мА. Поэтому не сделает большой ошибки тот, кто будет ориентироваться на значение h_21Э, взятое из паспортных данных (приведенных, конечно, для определенного I_К, может быть, вовсе не того, на которое производится расчет).

Германиевые транзисторы

Все, сказанное выше о кремниевых приборах, по большей части относится и к германиевым.

Радиолюбитель:

Почему-то в современных схемах их практически и не встретишь…

Так и есть – по ряду причин (которые станут ясны в свое время). Пока следует лишь указать, что усилительный режим германиевых транзисторов соответствует меньшим напряжениям U_БЭ (0.15…0.2 В).

Полевые транзисторы

Они, в отличие от биполярных, во многом напоминают электронные лампы. Не обладая высокой крутизной, они в некоторых случаях являются удачным дополнением биполярных приборов, если надо, например, обеспечить высокое входное сопротивление каскада. Ведь ток затвора полевого транзистора практически равен нулю.

На рис. 1.4 представлена типичная характеристика прямой передачи транзистора с управляющим p-n переходом и каналом n-типа (2П302А). Рабочая область напряжений на затворе в усилительном режиме простирается от напряжения отсечки U_ОТС, при котором ток стока падает практически до нуля, до примерно +0.5 В (большее напряжение U_ЗИ подавать нельзя: открывается переход затвор-канал и работа транзистора нарушается).

Подобную же характеристику имеет и полевой МДП (или МОП, в зарубежной литературе – MOSFET) транзистор со встроенным каналом n-типа (например, 2П305А). Только в этом случае она продолжается также и в область положительных напряжений на затворе – ведь здесь затвор полностью изолирован от канала.

Рис. 1.4. Полевой транзистор «с обеднением» при нулевом напряжении на входе открыт

Рис. 1.5. Транзистор «с обогащением» открывается при напряжении, превышающем пороговое

Транзисторы, которые при U_ЗИ = 0 открыты, относят к приборам «с обеднением». А на рис. 1.5 изображена стоко-затворная характеристика транзистора «с обогащением» – полевого МОП прибора (2П304А). Он имеет индуцированный канал p-типа, который открыт лишь тогда, когда напряжение затвор-исток превышает по абсолютной величине пороговое U_ПОР, на графике это примерно 3.7 В. Данные о пороговых напряжениях (и напряжениях отсечки) всегда можно найти в паспортах на полевые приборы.

Ранее мы видели, что биполярный транзистор сохраняет усилительные свойства при снижении напряжения между коллектором и эмиттером до десятых долей вольта. В противоположность им, полевые приборы требуют для эффективной работы в усилитель-ных каскадах определенного напряжения на стоке:

| UСИ | > | UЗИ – UПОР | или: | UСИ | > | UЗИ – UОТС |.

(1.3)

Проследите по стоковой вольтамперной характеристике (рис. 1.6), что при несоблюдении этого условия рабочая точка оказывается на участке характеристики, где крутизна и выходное сопротивление резко падают.

Рис. 1.6.	На крутом участке характеристики усилительные свойства полевого транзистора падают

Крутизна полевого транзистора

В паспорте на полевой транзистор вы найдете значение крутизны прямой передачи

S = ΔI_С / ΔU_ЗИ,

гарантированное заводом-изготовителем для определенного тока стока (например, для I_С = 10 мА).

Радиолюбитель:

А если придется использовать прибор при другой величине тока?

Несложно дать оценку крутизны, зная, что она изменяется пропорционально квадратному корню из тока: ведь характеристика прямой передачи здесь – парабола. Пусть при I_С = 10 мА крутизна составляет 5 мА/В. Тогда для I_С = 2 мА получаем – сколько?

Радиолюбитель:

Думаю, что посчитать можно так: .

Верно. Иногда для аналогичных расчетов удобнее бывает учитывать, что от напряжения затвор-исток крутизна зависит линейно, снижаясь до нуля при напряжении отсечки.

Радиолюбитель:

Я вижу, что для полевых транзисторов все как-то сложнее, что ли, чем для биполярных.

Увы, такова специфика вольтамперных характеристик и параметров полевых приборов. Эту разницу мы почувствуем немедленно: стоит лишь обратиться к анализу задачи стабилизации режима активного прибора.

---

Из книги С. А. Гаврилов. «Искусство схемотехники. Просто о сложном»

Продолжение читайте здесь

Крутизна:

1. Крутизна — один
   из основных параметров полевого
   транзистора, характеризующий его
   усилительные свойства. Крутизна
   представляет собой отношение изменения
   тока стока
   к изменению напряжения на затворе
   при коротком замыкании по переменному
   току на выходе транзистора т.е. на стоке.
   Крутизна передаточной характеристики
   полевого транзистора
   обычно составляет несколько миллиампер
   на вольт. С ростом отрицательного
   напряжения на затворе значение крутизны
   характеристики транзистора будет
   уменьшаться, т.к. при увеличении
   отрицательного напряжения на затворе
   будет увеличиваться ОПЗ перехода
   затвора и уменьшаться толщина проводящего
   канала. Вблизи напряжения отсечки
   толщина канала вместе с током стока
   уменьшается до нуля, сопротивление
   канала возрастает и крутизна падает
   до нуля.

1. Управление полевым
   транзистором осуществляется напряжением
   на затворе. Поэтому для количественной
   оценки управляющего действия затвора
   используют крутизну характеристики:
   s=dIc/dUзи при Uси=const. Крутизна характеристики
   достигает максимального значения при
   Uзи=0. Крутизну характеристики полевого
   транзистора можно определить
   графоаналитическим способом. Для этого
   необходимо провести касательную к
   стокзатворной характеристики в точке
   Uзи=0. Наклон этой касательной и определит
   значение S.

Увеличение ширины
канала и степени легирования приведёт
к росту крутизны транзистора, потому
что при прочих равных условиях, рост
числа электронов и размеров области
приведёт к уменьшению сопротивления
и, следовательно, обеспечит больший ток
стока при том же напряжении на затворе.
Следовательно, крутизна увеличится.
Существенно, что толщина канала одинаково
увеличивает крутизну и напряжение
отсечки. Ширина канала увеличивает
только крутизну, но не влияет на напряжение
отсечки.

Напряжение
отсечки:

1. Ток стока имеет
   слабую зависимость от напряжения
   сток–исток, поэтому передаточная
   характеристика изображена в виде одной
   кри- вой, исходящей из точки UЗИ
   = Uотс.
   Это напряжение называется на- пряжением
   отсечки, при достижении которого
   транзистор полностью закрыт. По мере
   уменьшения отрицательного напряжения
   на затворе ток стока увеличивается в
   соответствии с уравнением , (3.1) где I0
   – ток насыщения транзистора при UЗИ
   = 0.
   2 ЗИ C 0 отс 1 U I I U

Напряжение
отсечки будет расти с ростом степени
легирования канала транзистора, потому
что чем больше число доноров в ОПЗ, тем
труднее удалить из канала подвижные
электроны. Аналогично с толщиной,
необходимо большее напряжение, чтоб
удалить все электроны в подложку из
толстого канала.

1. НАПРЯЖЕНИЕ ОТСЕЧКИ
   (у полевого транзистора) — параметр
   полевого транзистора с управляющим
   p-n переходом, определяющий значение
   напряжение между затвором и стоком,
   при котором происходит насыщение тока
   стока, т.е. ток стока перестает зависеть
   от напряжения на стоке относительно
   истока.

Поскольку ОПЗ
обладает высоким сопротивлением, то
при увеличении ширины ОПЗ сечение канала
уменьшается и его сопротивление
возрастает. Самое низкое сопротивление
канала и, соответственно, самый большой
ток через него будет при нулевом
напряжении на затворе (Uз = 0), затем по
мере увеличения ширины ОПЗ при возрастании
Uз и, соответственно, уменьшении сечения
канала ток будет падать и при некотором
напряжении отсечки Uзо канал полностью
перекроется и ток через него перестанет
возрастать. Соответствующие вольтамперные
характеристики ПТУП приведены на рис.
77.

Рис. 77.
Вольтамперные характеристики полевого
транзистора с управляющим pn переходом.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #

  11.03.2016516.79 Кб143.pdf

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Время на прочтение
8 мин

Количество просмотров 568K

Введение

А теперь давайте поговорим о полевых транзисторах. Что можно предположить уже по одному их названию? Во-первых, поскольку они транзисторы, то с их помощью можно как-то управлять выходным током. Во-вторых, у них предполагается наличие трех контактов. И в-третьих, в основе их работы лежит p-n переход. Что нам на это скажут официальные источники?

Полевыми транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, обычно с тремя выводами, в которых выходным током управляют с помощью электрического поля. (electrono.ru)

Определение не только подтвердило наши предположения, но и продемонстрировало особенность полевых транзисторов — управление выходным током происходит посредством изменения приложенного электрического поля, т.е. напряжения. А вот у биполярных транзисторов, как мы помним, выходным током управляет входной ток базы.

Еще один факт о полевых транзисторах можно узнать, обратив внимание на их другое название — униполярные. Это значит, что в процессе протекания тока у них участвует только один вид носителей заряда (или электроны, или дырки).

Три контакта полевых транзисторов называются исток (источник носителей тока), затвор (управляющий электрод) и сток (электрод, куда стекают носители). Структура кажется простой и очень похожей на устройство биполярного транзистора. Но реализовать ее можно как минимум двумя способами. Поэтому различают полевые транзисторы с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором.

Вообще, идея последних появилась еще в 20-х годах XX века, задолго до изобретения биполярных транзисторов. Но уровень технологии позволили реализовать ее лишь в 1960 году. В 50-х же был сначала теоретически описан, а затем получил воплощение полевой транзистор с управляющим p-n переходом. И, как и их биполярные «собратья», полевые транзисторы до сих пор играют в электронике огромную роль.

Перед тем, как перейти к рассказу о физике работы униполярных транзисторов, хочу напомнить ссылки, по которым можно освежить свои знания о p-n переходе: раз и два.

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом

Итак, как же устроен первый тип полевых транзисторов? В основе устройства лежит пластинка из полупроводника с проводимостью (например) p-типа. На противополжных концах она имеет электроды, подав напряжение на которые мы получим ток от истока к стоку. Сверху на этой пластинке есть область с противоположным типом проводимости, к которой подключен третий электрод — затвор. Естественно, что между затвором и p-областью под ним (каналом) возникает p-n переход. А поскольку n-слой значительно уже канала, то большая часть обедненной подвижными носителями заряда области перехода будет приходиться на p-слой. Соответственно, если мы подадим на переход напряжение обратного смещения, то, закрываясь, он значительно увеличит сопротивление канала и уменьшит ток между истоком и стоком. Таким образом, происходит регулирование выходного тока транзистора с помощью напряжения (электрического поля) затвора.

Можно провести следующую аналогию: p-n переход — это плотина, перекрывающая поток носителей заряда от истока к стоку. Увеличивая или уменьшая на нем обратное напряжение, мы открываем/закрываем на ней шлюзы, регулируя «подачу воды» (выходной ток).

Итак, в рабочем режиме полевого транзистора с управляющим p-n переходом напряжение на затворе должно быть либо нулевым (канал открыт полностью), либо обратным.
Если величина обратного напряжения станет настолько большой, что запирающий слой закроет канал, то транзистор перейдет в режим отсечки.

Даже при нулевом напряжении на затворе, между затвором и стоком существует обратное напряжение, равное напряжению исток-сток. Вот почему p-n переход имеет такую неровную форму, расширяясь к области стока.

Само собой разумеется, что можно сделать транзистор с каналом n-типа и затвором p-типа. Сущность его работы при этом не изменится.

Условные графические изображения полевых транзисторов приведены на рисунке (а — с каналом p-типа, б — с каналом n-типа). Стрелка здесь указывает направление от p-слоя к n-слою.

Статические характеристики полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

Поскольку в рабочем режиме ток затвора обычно невелик или вообще равен нулю, то графики входных характеристик полевых транзисторов мы рассматривать не будем. Перейдем сразу к выходным или стоковым. Кстати, статическими их называют потому, что на затвор подается постоянное напряжение. Т.е. нет необходимости учитывать частотные моменты, переходные процессы и т.п.

Выходной (стоковой) называется зависимость тока стока от напряжения исток-сток при константном напряжении затвор-исток. На рисунке — график слева.

На графике можно четко выделить три зоны. Первая из них — зона резкого возрастания тока стока. Это так называемая «омическая» область. Канал «исток-сток» ведет себя как резистор, чье сопротивление управляется напряжением на затворе транзистора.

Вторая зона — область насыщения. Она имеет почти линейный вид. Здесь происходит перекрытие канала в области стока, которое увеличивается при дальнейшем росте напряжения исток-сток. Соответственно, растет и сопротивление канала, а стоковый ток меняется очень слабо (закон Ома, однако). Именно этот участок характеристики используют в усилительной технике, поскольку здесь наименьшие нелинейные искажения сигналов и оптимальные значения малосигнальных параметров, существенных для усиления. К таким параметрам относятся крутизна характеристики, внутреннее сопротивление и коэффициент усиления. Значения всех этих непонятных словосочетаний будут раскрыты ниже.

Третья зона графика — область пробоя, чье название говорит само за себя.

С правой стороны рисунка показан график еще одной важной зависимости — стоко-затворной характеристики. Она показывает то, как зависит ток стока от напряжения затвор-исток при постоянном напряжении между истоком и стоком. И именно ее крутизна является одним из основных параметров полевого транзистора.

Полевой транзистор с изолированным затвором

Такие транзисторы также часто называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник)- или МОП (металл-оксид-полупроводник)-транзисторами (англ. metall-oxide-semiconductor field effect transistor, MOSFET). У таких устройств затвор отделен от канала тонким слоем диэлектрика. Физической основой их работы является эффект изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием поперечного электрического поля.
Устройство транзисторов такого вида следующее. Есть подложка из полупроводника с p-проводимостью, в которой сделаны две сильно легированные области с n-проводимостью (исток и сток). Между ними пролегает узкая приповерхностнаяя перемычка, проводимость которой также n-типа. Над ней на поверхности пластины имеется тонкий слой диэлектрика (чаще всего из диоксида кремния — отсюда, кстати, аббревиатура МОП). А уже на этом слое и расположен затвор — тонкая металлическая пленка. Сам кристалл обычно соединен с истоком, хотя бывает, что его подключают и отдельно.

Если при нулевом напряжении на затворе подать напряжение исток-сток, то по каналу между ними потечет ток. Почему не через кристалл? Потому что один из p-n переходов будет закрыт.

А теперь подадим на затвор отрицательное относительно истока напряжение. Возникшее поперечное электрическое поле «вытолкнет» электроны из канала в подложку. Соответственно, возрастет сопротивление канала и уменьшится текущий через него ток. Такой режим, при котором с возрастанием напряжения на затворе выходной ток падает, называют режимом обеднения.
Если же мы подадим на затвор напряжение, которое будет способствовать возникновению «помогающего» электронам поля «приходить» в канал из подложки, то транзистор будет работать в режиме обогащения. При этом сопротивление канала будет падать, а ток через него расти.

Рассмотренная выше конструкция транзистора с изолированным затвором похожа на конструкцию с управляющим p-n переходом тем, что даже при нулевом токе на затворе при ненулевом напряжении исток-сток между ними существует так называемый начальный ток стока. В обоих случаях это происходит из-за того, что канал для этого тока встроен в конструкцию транзистора. Т.е., строго говоря, только что мы рассматривали такой подтип МДП-транзисторов, как транзисторы с встроенным каналом.

Однако, есть еще одна разновидность полевых транзисторов с изолированным затвором — транзистор с индуцированным (инверсным) каналом. Из названия уже понятно его отличие от предыдущего — у него канал между сильнолегированными областями стока и истока появляется только при подаче на затвор напряжения определенной полярности.

Итак, мы подаем напряжение только на исток и сток. Ток между ними течь не будет, поскольку один из p-n переходов между ними и подложкой закрыт.
Подадим на затвор (прямое относительно истока) напряжение. Возникшее электрическое поле «потянет» электроны из сильнолегированных областей в подложку в направлении затвора. И по достижении напряжением на затворе определенного значения в приповерхностной зоне произойдет так называемая инверсия типа проводимости. Т.е. концентрация электронов превысит концентрацию дырок, и между стоком и истоком возникнет тонкий канал n-типа. Транзистор начнет проводить ток, тем сильнее, чем выше напряжение на затворе.
Из такой его конструкции понятно, что работать транзистор с индуцированным каналом может только находясь в режиме обогащения. Поэтому они часто встречаются в устройствах переключения.

Условные обозначения транзисторов с изолированным затвором следующие:

Здесь
а − со встроенным каналом n- типа;
б − со встроенным каналом р- типа;
в − с выводом от подложки;
г − с индуцированным каналом n- типа;
д − с индуцированным каналом р- типа;
е − с выводом от подложки.

Статические характеристики МДП-транзисторов

Семейство стоковых и стоко-затворная характеристики транзистора с встроенным каналом предсталены на следующем рисунке:

Те же характеристики для транзистора с идуцированным каналом:

Экзотические МДП-структуры

Чтобы не запутывать изложение, хочу просто посоветовать ссылки, по которым о них можно почитать. В первую очередь, это всеми любимая википедия, раздел «МДП-структуры специального назначения». А здесь теория и формулы: учебное пособие по твердотельной электронике, глава 6, подглавы 6.12-6.15. Почитайте, это интересно!

Общие параметры полевых транзисторов

1. Максимальный ток стока при фиксированном напряжении затвор-исток.
2. Максимальное напряжение сток-исток, после которого уже наступает пробой.
3. Внутреннее (выходное) сопротивление. Оно представляет собой сопротивление канала для переменного тока (напряжение затвор-исток — константа).
4. Крутизна стоко-затворной характеристики. Чем она больше, тем «острее» реакция транзистора на изменение напряжения на затворе.
5. Входное сопротивление. Оно определяется сопротивлением обратно смещенного p-n перехода и обычно достигает единиц и десятков МОм (что выгодно отличает полевые транзисторы от биполярных «родственников»). А среди самих полевых транзисторов пальма первенства принадлежит устройствам с изолированным затвором.
6. Коэффициент усиления — отношение изменения напряжения исток-сток к изменению напряжения затвор-исток при постоянном токе стока.

Схемы включения

Как и биполярный, полевой транзистор можно рассматривать как четырехполюсник, у которого два из четырех контактов совпадают. Таким образом, можно выделить три вида схем включения: с общим истоком, с общим затвором и с общим стоком. По характеристикам они очень похожи на схемы с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором для биполярных транзисторов.
Чаще всего применяется схема с общим истоком (а), как дающая большее усиление по току и мощности.
Схема с общим затвором (б) усиления тока почти не дает и имеет маленькое входное сопротивление. Из-за этого такая схема включения имеет ограниченное практическое применение.
Схему с общим стоком (в) также называют истоковым повторителем. Ее коэффициент усиления по напряжению близок к единице, входное сопротивление велико, а выходное мало.

Отличия полевых транзисторов от биполярных. Области применения

Как уже было сказано выше, первое и главное отличие этих двух видов транзисторов в том, что вторые управляются с помощью изменения тока, а первые — напряжения. И из этого следуют прочие преимущества полевых транзисторов по сравнению с биполярными:

• высокое входное сопротивление по постоянному току и на высокой частоте, отсюда и малые потери на управление;
• высокое быстродействие (благодаря отсутствию накопления и рассасывания неосновных носителей);
• поскольку усилительные свойства полевых транзисторов обусловлены переносом основных носителей заряда, их верхняя граница эффективного усиления выше, чем у биполярных;
• высокая температурная стабильность;
• малый уровень шумов, так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда, которое и делает биполярные транзисторы «шумными»;
• малое потребление мощности.

Однако, привсем при этом у полевых транзисторов есть и недостаток — они «боятся» статического электричества, поэтому при работе с ними предъявляют особо жесткие требования по защите от этой напасти.

Где применяются полевые транзисторы? Да практически везде. Цифровые и аналоговые интегральные схемы, следящие и логические устройства, энергосберегающие схемы, флеш-память… Да что там, даже кварцевые часы и пульт управления телевизором работают на полевых транзисторах. Они повсюду, %хабраюзер%. Но теперь ты знаешь, как они работают!

Список источников:
ru.wikipedia.org
dssp.petrsu.ru
zpostbox.narod.ru
electrono.ru
radio.cybernet.name

Полезные комментарии:
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133493/#comment_4435883
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133493/#comment_4436509
http://habrahabr.ru/blogs/easyelectronics/133493/#comment_4441531

Рекомендую почитать:
«Основы на пальцах», автор DI HALT (за наводку спасибо AlexeiKozlov)