Тақырып: Өрістік транзисторлар

Қарастырылатын сұрақтар:

1. Өрістік транзистордың құрылымы.

2. Өрістік транзистордың жұмыс принципі.

3. Оқшауланған тиекті МДЖ транзистор.

Дәрістің қысқаша жазбасы:

Күшейткіштік каскадтарда биполярлы транзисторлар кірер сигналды әлсіретеді, өйткені каскадтың кірмелік тізбегінде кірер сигналдың қуаты шығындалады. Сондықтан жүдә әлсіз сигналдарды күшейту үшін одан қуат кабылдамайды дерлік өрістік транзисторлар қолданылады.

Өрістік транзистор деп арнадағы тогы жаптырық пен құйылмаға берілген кернеудің электр өрісі арқылы басқарылатын жартылай өткізгішті нәрсені айтады.

Кедергісі жаптырықтын потенциалына байланысты өзгеріп отыратын аймақты арна деп атайды (5.1-сурет). Арнаға негізгі заряд тасымалдаушыларды беретін (тарататын) электрод құйылма деп аталады. Арнадан негізгі заряд тасымалдаушыларды әкетіп отыратын электрод ағызба деп аталады. Арнаның электр өткізгіш қимасын реттеуге арналған электрод жаптырық деп аталады.

а) б)

5.1-сурет. Өрістік транзистордың құрылысы (а) мен графикалық шартты белгілері (б): 1-құйылма; 2-жаптырық; 3-ағызба; 4-арна; 5- n-түрлі; 6-р-түрлі.

Өрістік транзисторлар негізінен силицийден жасалады және арнадағы жартылай өткізгіштің түріне қарай n-түрлі немесе р-түрлі болып бөлінеді.

n-түрлі транзистордың арнасында негізгі заряд тасымалдаушылар электрондар болып табылады. Олар құйылмадан басталып ағызбаға жетіп, ағызбалық токты (I_а)құрайды. Жаптырық пен құйылмаға берілетін кернеу р-nөтпесіне кері бағытта болуы керек. Бұлайша жалғау арна мен жаптырық арасындағы екі өтпенің кедергісін, кернеуді реттей отырып, өзгертуге мүмкіндік береді. Осы себепті арнасы n-түрлі транзистордың ағызба мен құйылма арасындағы кернеуі оң болуы керек, яғни U_ақ>0, ал жаптырықпен құйылманың арасындағы кернеуі теріс болуы керек, яғни U_жқ<0. р-түрлі транзисторда негізгі заряд тасымалдаушылар кемтіктер болатындықтан, олар керісінше ағызбадан құйылмаға қарай қозғалысқа келеді. Сондықтан р-арналы транзисторда U_ақ<0 де, ал U_жқ>0 болуы керек.

Енді n-арналы транзистордағы физикалық үрдістерді қарастыралық. Жаптырық пен арнаға кері кернеу бергенде, яғни жаптырықты кернеу көзінің теріс полюсімен, ал арнаны оң полюсімен қосқанда, р-nөтпесінің бөгеттік қабатының ені ұлғаяды, бұл арнаның өткізгіштік аймағының жіңішкеруіне (тарылуына) әкеліп соғады. Ағызбаның потенциалы құйылманың потенциалынан жоғары болатындықтан арнадағы өткізгіштік аймақтың ені құйылмадан ағызбаға қарай жіңішкере береді. Ағызба мен жаптырықтың кернеулерінің белгілі бір мәндерінде екі өтпенің бөгеттік қабаттары ағызбаның тұсында бір-бірімен қабысып, өткізгіштік аймақ түгелдей бөгеттік аймаққа айналады. Бұл кезде арнаның кедергісі өте көбейіп кететіндіктен оның «жабылып» та қалуы мүмкін.

Ағызбаның тогының (І_а) оның кернеуінен (U_ақ) тәуелділігін (жаптырықтың кернеуі тұрақты, яғни U_жқ=соnst) өрістік транзистордың шықпалық немесе ағызбалық сипаттамасы деп атайды (5.2-сурет). Ағызбаның кернеуінің өсуі бастапқыда оның тогының өсуін тудырады (графиктің ОА аралығы). Бірақ кернеудің өсуі арнаның кедергісін де арттыратындықтан кейін токтың өсуі тоқтап қалады, яғни қанығу үрдісі басталады (АВ аралығы). Кернеудің одан әрі р-nөтпесінің тесілуіне әкеліп соғады да ток күрт өсе бастайды.

Өрістік транзистордың кірмелік сипаттамасын тұрғызбайды, өйткені жаптырық пен арнаның арасындағы өтпе жабық болатндықтан жаптырықтың тогы ете аз болады (10^-8...10^-9А шамасында). Сондықтан оны көбіне ескермейді де.

Жаптырығы р-түрлі жартылай өткізгішті өрістік транзисторлардың негізгі параметрлері: қанығу кезіндегі ағызбаның дифференциалдық кедергісі (R_a=0,1...0,5 МОм); ағызба мен кұйылма және жаптырық пен құйылма арасындағы кернеулердің рауалы максимал мәндері (5...30 В); ағызбаның рауалы максимал тогы (І_аmах=10...50 мА).

Өрістік транзисторлар негізінен төменгі жиілікті кірмелік кедергілері жоғары күшейткіштерде және логикалық тізбектерде қолданылады.

5.2-сурет. Өрістік транзистордың шықпалық сипаттамасы.

МДЖ транзистордың құрылысын зерттейтін болсақ, ол металл, диэлектрик және жартылай өткізгіш қабаттарынан тұратынын байқаймыз. Көптеген жағдайда транзистор кремнийден жасалып, ал диэлектрик ретіне кремрий тотығы қолданылады. Сондықтан да ертеректе МДЖ транзисторы МТЖ (металл тотық-жартылай өткізгіш) деген атпен де белгілі болған.

МДЖ транзисторының бір түрі-индукцияланған каналды транзистордың құрылысы 5.3, а-суретте көрсетілген. Енді осы транзистордың жұмыс істеу принципіне тоқталып өтейік.

Тиекте ток көзінің теріс полюсі қосылса (суреті қараңыз), түсірілген кернеудің әсерінен тиектің астындағы электрондар олан ақжартылайй түседі. Табан ретінде қолданылған n-текті жартылай өткізгішінде көміртекте аз болғанмен олар баршылық та, түсірілген тиек кернеуінің әсерінен олар оған тартыла түседі (жебе бағғыттарын қараңыз). Кернеудің белгілі бір шамасында жеткенде (ток пайда болу U_nдеп аталады), кемтіктер тиектің астын бастаудан құймаға дейін толық жабады да, олардың арасында белгілі бір жол (канал) ашылғандай болады (p-қабат). Енді бастау мен құйманың аралығына құйма кернеуін беретін болсақ, онда осы электродттардың арасында ток жүре бастайды. (қаралып отыған жағдайда оң кемтіктерді құймаға жинау үшін оған теріс кернеу түсіруіміз керек).

Бастапқы кезде болмаған каналдың кеінннен тиек кернеуінің әсерінен пайда болуын, яғни индукциялануын атап өту үшін бұл транзистор индукцияланған каналды МДЖтранзистор деп аталады.

5.3–сурет. МДЖ транзисторының құрылысы: индукцияланған р-каналды (а); қондырылған n-каналды (ә).

5.3, ә-суретте МДЖ транзисторының екінші түрі-қондырылған каналды өрістік транзистор көрсетілген. Атына сәйкес бұл транзистордың каналы алдын ала қондрылып, технологиялық әдітпен арнайы жасалынады. Сондықтан да бұл транзистордың тиегіне түсірілмей жатып-ақ құйма тогының пайда болуы мүмкін. Оның үстіне тиекке теріс кернеу беретін болсақ, онда n каналдан аласталынып, оның өткізгіштігі төмендейді де, құйма тогының шамасы азаяды; ал кернеу оң бағытпен түсірілсе, электрондар жан-жақтан каналға тартыла түсіп, оны заряд тасушыларымен қанықтыра отырып, құйма тогының шамасын арттырады. Сондықтан да бұл режимді байыту режимі деп, ал алдыңғысын кедейлену режимі деп атайды. Осы тұрғыдан алғанда индукцияланған каналды транзистор тек байыту режиміне ғана жұмыс істей алады.

Бақылау сұрақтары:

1. Өрістік транзистор қайда қолданылады ?

2. Өрістік транзистордың биполярлы транзистордан айырмашылығы?

3. Ағызба, құйма, жаптырық дегеніміз не?

4. Өрістік транзистордың қандай түрлері бар?

5. Өрістік транзистордың негізгі параметрлері.