Главная Операционные усилители



торые могут работать в любом, в зависимости от того, какое напряжение приложено к затвору - отрицательное или положительное.

У полевого МОП-транзистора нет настоящей области затвора. В качестве затвора выступает простой металлический омический контакт, присоединенный к изолирующему слою окисла. Он создает электростатическое поле в области подложки между областями стока и истока. Затвор представляет собой конденсатор и работает как конденсатор. Когда к затвору приложено положительное напряжение, канал обогащен электронами. Чем в большей степени открыт затвор, тем более обогащен канал. В режиме обеднения между стоком и истоком создается тонкий слой проводящего полупроводника. Если к затвору приложить отрицательное напряжение, то оно образует зону, обедненную носителями.

Когда напряжение на затворе в полевых МОП-транзисторах, которые работают в режиме обогащения - обеднения, равно нулю, величина тока имеет промежуточное значение между максимумом и нулем. Увеличение напряжения в положительном направлении вызывает включение прибора и переводит его в режим обогащения. Увеличение напряжения в отрицательном направлении вызовет расширение обедненной зоны, а в связи с этим возрастает сопротивление канала и уменьшается канальный ток.

С полевым транзистором с р-п-переходом можно работать, как с любым другим полупроводниковым устройством, а полевой МОП-транзистор обладает большей чувствительностью. Изолирующий слой окисла металла между электродом затвора и подложкой/каналом имеет очень небольшую толщину. Напряжение пробоя обычно не превышает 100 В, а статический заряд, который может накопиться на вашем теле, как правило, гораздо больше. В результате иногда достаточно просто прикоснуться к полевому МОП-транзистору, чтобы повредить его! Вспомните гл. 2, где мы обсуждали эту проблему в связи с КМОП-инте-гральными схемами. С полевым МОП-транзистором нужно обращаться точно так же.

В некоторых полевых МОП-транзисторах используются диоды Зенера, размещающиеся в одном корпусе с транзистором. Они предназначены для шунтирования избыточного напряжения, возникающего в области легко разрушимого изолятора затвора. Примером такого транзистора является транзистор типа 40673 фирмы RCA. Этот полевой МОП-транзистор имеет два затвора (рис. 4.11,г), а с каждым затвором связаны два диода Зенера, предназначенные для защиты от шального заряда статического алектричества. Диоды включены в противоположном направлении и связаны друг с другом анодами.

На рис. 4.12 показано, как полевой транзистор с р-п-переходом (а заодно и полевой МОП-транзистор) можно использйвать



в качестве усилителя. Резистор истока косвенно создает смещение р-п-перехода, образующего затвор. Канальный ток, протекая через резистор, создает на нем падение напряжения, благодаря которому исток приобретает небольшой потенциал, положительный по отношению к земле. Ток, протекающий через резистор затвора, минимален, так как переход смещен в обратном направлении. В связи с этим падение напряжения на Rz почти равно нулю и естественно значительно меньше, чем падение напряжения на Ra. Таким образом, потенциал затвора равен потенциалу земли по постоянному току.

Итак, смещение-это такое состояние, когда затвор имеет

Выход -о

Вход

Рис. 4.12. Типичная усилительная схема с использованием полевого транзистора с р-ге-переходом.

потенциал земли, а исток - небольшой положительный потенциал. Мы хотим, чтобы потенциал затвора был чуть более отрицательным, чем потенциал истока. Если потенциал истока сделать более положительным, то потенциал затвора станет как раз таким, как нужно.

Основным преимуществом обоих типов полевых транзисторов является очень высокое входное сопротивление. Смещенный в обратном направлении переход полевого транзистора с р~п-переходом образует обедненную зону, которая имеет сопротивление канал - затвор порядка мегаом, при этом через барьер протекает лишь небольшой ток утечки.

Входное сопротивление МОП-транзистора еще выше, так как в этом случае входом является конденсатор, образованный металлическим контактом затвора и подложкой. Диэлектриком в этом конденсаторе служит изолирующий окисел металла. Некоторые из этих транзисторов имеют входные сопротивления порядка 10 Ом (а ведь это тераомы!), и даже у недорогих МОП-транзисторов сопротивления очень высокие.

Полевые транзисторы с р-«-переходом и МОП-типа используются в тех случаях, когда можно сыграть на очень высоком входном сопротивлении. Многими научными электронными приборами управляют электроды или специальные датчики, имеющие очень большие внутренние сопротивления. При этом вход усилителя, на который поступает сигнал, обязательно должен иметь еще более высокое сопротивление, желательно раз в 10 больше. Например, типовое значение внутреннего сопротивления



вх вых

ЧОВ о-

ЮОкОм

ВЫХ ВХ

+ 12

вкл

Управление

-----ВЫ К Л

100 iWm

бипотенциальных электродов имеет порядок от 10 до 100 кОм. А у некоторых химических электродов (которые на самом деле являются не электродами, а датчиками) внутреннее сопротивление достигает почти 100 МОм.

Существует несколько таких схем, в которых входное сопротивление обычного операционного усилителя можно увеличить на несколько порядков за счет включения между входами схемы и входами операционного усилителя пары полевых транзисторов или с р- п-переходом, или МОП-типа.

Полевой транзистор с р- п-переходом можно также использовать в качестве электронного переключателя с малыми потерями (рис. 4.13). Когда напряжение, управляющее переключателем, равно нулю (отсутствует), отрицательное смещение достаточно для того, чтобы перевести транзистор в режим отсечки. Транзистор, по сути дела, выключается, а сопротивление канала имеет очень высокое значение. Когда управляющее напряжение составляет +12 В, эффективное смещение имеет прямое направление, а отрицательный потенциал компенсирован. В этом случае канал имеет очень малое сопротивление, переключатель находится во включенном состоянии и через устройство передается сигнал.

Такого типа переключатели на твердом теле являются двунаправленными, поэтому их выводы маркируют «ВКЛ/ВЫКЛ» и «ВЫКЛ/ВКЛ» соответственно. Некоторые фирмы выпускают так называемые составные стробирующие устройства. Такое устройство представляет собой ИС, в одном корпусе которой размещается один или несколько переключателей на полевом транзисторе с р-п-переходом. Популярная схема типа CD4016 представляет собой четыре электронных ключа, подобных тому, который здесь описан.

переключателем

Рнс. 4.13. Последовательный переключатель на основе полевого транзистора с р-ге-переходом.

Кремниевые управляемые вентили

На рис. 4.14 показано устройство, которое называется кремниевым управляемым вентилем (КУВ). Он представляет собой еще один тип электронного переключателя, но не является двунаправленным. Это обыкновенный твердотельный выпрямитель-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [31] 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126


0.0113