КВ-приемник мирового уровня? Это очень просто!

«Н»: А чем характеризуются шумовые параметры транзистора?

«С»: Обычно сам транзистор считается бесшумным. Тогда КОЭФФИЦИЕНТ ШУМА F показывает, на какое число необходимо умножить мощность шума в резисторе R_вн (где R_вн — эквивалентная величина внутреннего сопротивления источника напряжения сигнала), чтобы на выходе бесшумного транзистора получить такую же мощность шума, что и в реальной цепи. Коэффициент шума характеризуется логарифмической величиной F(дБ) = 10 lgF. Эта величина зависит от целого ряда параметров.

От режима эксплуатации, диапазона частот, температуры. Для каждого типа специализированных малошумящих транзисторов определен перечень режимов и условий, при которых шум минимален…

«А»: Что мы обязательно учтем при постройке приемника!

«С»: Вне всяких сомнений!

«Н»: Что нам ещё осталось сделать для ознакомления с биполярными транзисторами?

«С»: Больше ничего! Теперь пора перейти к рассмотрению ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ.

Глава 14. Полевые (униполярные) транзисторы

«Спец»: Полевыми транзисторами называются кристаллические полупроводниковые структуры, которые, в отличие от биполярных транзисторов, управляются электрическим полем. То есть, практически, без затраты мощности управляющего сигнала.

Вообще к настоящему времени известно около двух десятков различных видов полевых приборов. Основная масса их выполняется на основе кремния или арсенида галлия. Германиевые полевые приборы не применяются в силу ряда причин. Но для наших практических целей достаточно иметь представление о СЕМИ разновидностях полевых транзисторов (рис. 14.1).

«Аматор»: А не многовато будет?

«С»: Да нет, в самый раз! Прежде всего, приведем схемные обозначения этих семи основных видов (см. рис. 14.1).

«Н»: А как работают эти транзисторы и почему необходимо столько различных типов?

«С»: Управляющий электрод всех типов полевых транзисторов (FET) называется ЗАТВОРОМ, обозначаемым как 3 или имеющим международное обозначение G. Он позволяет управлять величиной сопротивления между СТОКОМ С (или D) и ИСТОКОМ И (или S). Управляющим напряжением является, таким образом, U_gs (или U_зи). Большинство полевых транзисторов являются симметричными, то есть их свойства не изменяются, если D и S поменять местами. В транзисторах с управляющими р-n-переходами затвор отделен от канала обратно смещенным р-n-переходом.

«А»: То есть первое различие от биполярных трап л к торов в том, что у БТ управляющий р-n-переход ВСЕГДА включен в прямом направлении, а у ПТ (JFET) — всегда в обратном?

«С»: Это действительно так. Но вот у полевых транзисторов с изолированным затвором, или МОП-транзисторов (MOSFET) затвор отделен от канала тонким слоем диэлектрика SiО₂. У этих транзисторов ток через затвор невозможен при любой полярности управляющего напряжения.

«Н»: Но ведь любой реальный прибор всё равно характеризуется какими-то реальными токами?

«С»: Как водится! Так же это относится и к JFET, и к MOSFET. Например, реальные токи затворов JFET находятся в пределах от единиц наноампер до единиц пикоампер. У МОП-транзисторов (MOSFET) они меньше ещё натри порядка! Таким образом, полевые транзисторы характеризуются колоссальными величинами входных сопротивлений. Оно у них выше, чем у ПУЛов (приемно-усилительных ламп).

«А»: А какова физика работы, например JFET (полевого транзистора с управляющим р-n-переходом)?

«С»: JFET имеет управляющий канал проводимости в объеме полупроводника. Рассмотрим действие прибора, упрощенная конструкция которого показана на приведенном рис. 14.2. Данный прибор изготовлен из кремния, имеющего собственную проводимость n-типа (то есть донорную, с избытком электронов). На верхней и нижней плоскостях сформированы р-n-переходы, путем формировании в кремнии n-типа, областей p-типа (то есть акцепторных, с повышенной концентрацией дырок).

Если к затвору относительно истока прикладывается отрицательное напряжение (см. рис. 14.2), то вблизи р+ областей образуются зоны, обедненные электронами (зона Б). Толщина зоны зависит от величины абсолютного значения напряжения U_зи. При приближении этого напряжения к нулю толщина обедненного слоя уменьшается. Та часть структуры, которую не достигли обедненные слои (зоны) называется КАНАЛОМ, из-за чего полевые транзисторы называются также — КАНАЛЬНЫМИ.

«А»: Кстати, проводимость канала определяется ОСНОВНЫМИ НОСИТЕЛЯМИ, то есть в данном случае мы можем говорить, что имеем дело с n-канальным прибором, проводимость которого определяется электронами.

«С»: Совершенно верно! Но имеются в виду и р-канальные приборы, проводимость которых имеет сугубо дырочный характер!

«Н»: А что в этом случае изменяется?

«А»: Прежде всего полярность подключения питания изменяется на противоположную! Естественно, меняется и производственная технология!

«С»: Всё так! Но обратимся снова к нашему рисунку! Как вы думаете, что произойдет, если напряжение U_зи будет возрастать?

«А»: Я полагаю, что наступит момент, когда обедненные слои Б1 и Б2 соприкоснутся!

«С»: Правильно, это и будет означать, что канал полевого транзистора кажется перекрытым, проводимость прибора станет очень малой или, что то же самое, сопротивление промежутка ИСТОК — СТОК значительно возрастет!

«Н»: Это напряжение, при котором происходит смыкание обедненных слоев, оно имеет какое-то свое название?

«С»: Безусловно! Это один из важнейших параметров полевого транзистора! И носит имя собственное — НАПРЯЖЕНИЕ ОТСЕЧКИ, обозначаемое как U_отс (или U_{pinch off}). Но, поскольку даже в этом случае всегда найдутся достаточно энергичные электроны, которые способны преодолеть даже перекрытый канал, то, естественно, довести величину тока до абсолютного нуля не удается!

Впрочем, это никому и не нужно! Поэтому обычно считают, что U_отс достигается в том случае, когда ток через канал (или его еще называют ТОК СТОКА — I_ст) уменьшается до 10 микроампер.

«Н»: А что произойдет, если U_зи = 0?

«С»: В этом случае обедненный слой исчезает, проводимость канала становится максимальной и, следовательно, ток стока достигает максимальной величины. Этот ток называется ТОКОМ НАСЫЩЕНИЯ или током полностью открытого канала — I_сo.

«А»: Вот мы и получили два из трех основных параметров: U_отс и I_со! Но вот как нам лучше и изящнее подойти к третьему параметру, а именно — КРУТИЗНЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ или S?

«С»: Я понимаю глубинный смысл твоего вопроса, дорогой Аматор! Тебя скорее всего, интересует не столько сам физический смысл этого параметра (ты великолепно знаешь, что это есть отношение ΔI/ΔU) сколько то, как проще всего определять этот важнейший параметр на практике! Нет?

«А»: Именно так, уважаемый Спец! Я просто подумал, что современная технология производства полевых транзисторов дает значительный разброс параметров. Следовательно, для выбора оптимальных режимов каскадов, необходимо определять вышепоименованную тройку параметров для каждого конкретного образца транзистора, а это — хлопот не оберешься!

«С»: Все проще гораздо, в чем мы сейчас и убедимся! Рассмотрим ПЕРЕДАТОЧНУЮ (она же УПРАВЛЯЮЩАЯ) характеристику jFET (рис. 14.3, а).