Dioda detekcyjna. Demodulator AM U wy U we Dioda impulsowa.

Prezentacja na temat: "Dioda detekcyjna. Demodulator AM U wy U we Dioda impulsowa."— Zapis prezentacji:

1 Dioda detekcyjna

2 Demodulator AM U wy U we

3

4 Dioda impulsowa

5 Reverse recovery time

6 Fotodioda-zasada działania

7 V V/R Φ I U

8 ICIC U CB Φ  I E Fotodioda  tranzystor Emiter Kolektor Baza

9 © Paul Sherz „Practical Electronic for Inventors” McGraw-Hill 2000

10 V E < V B < V C – dla tranzystora n-p-n; V E > V B > V C – dla tranzystora p-n-p. E-B - kier. przewodzenia C-B - kier. zaporowy

11 Model pasmowy t. bipolarnego bez polaryzacji. Nośnikami ładunku w warstwach typu „n” są elektrony (n. większościowe) w pasmie przewodnictwa. Nośnikami ładunku w warstwie typu „p” są większościowe dziury w pasmie walencyjnym Bez polaryzacji żaden ładunek nie może przepłynąć między dowolnymi warstwami (oba złącza są rozdzielone obszarami zubożonymi )

12 Zastosujmy napięcie między C a B takie by zwiększyć wartość natężenia pola elektrycznego w złączu powstanie siła odpychająca nośniki od granicy złącza (grubość obszaru zubożonego zwiększy się). Złącze CB jest spolaryzowane zaporowo – prąd nie płynie

13 Dołóżmy do złącza B-E napięcie w kierunku przewodzenia. To spowoduje „wstrzykiwanie” elektronów z emitera do bazy (prąd dyfuzji). Ustanowi się przepływ prądu przez granice złącza E-B. Kiedy tylko elektrony znajda się w bazie zacznie na nie działać siła „wyciągajacego” pola elektrycznego powodowanego dodatnio spolaryzowanym kolektorem. W efekcie elektrony będą przepływały przez bazę i rejon kolektora, a wartość prądu kolektora będzie sterowana napięciem baza- emiter.

14

15 W złączu p-n współczynnik wstrzykiwania: Złącze może działać jako:  Emiter elektronówkiedy N D >>N A  Emiter dziurkiedy N A >>N D

16 16 Prąd dyfuzji elektronów (wstrzykiwany z emitera do bazy) Prąd dyfuzji dziur (wstrzykiwany z bazy do emitera) Prąd rekombinacji w obszarze bazy Prąd unoszenia dziur złącza C-B spolaryzowanego zaporowo Prąd unoszenia elektronów złącza C-B spolaryzowanego zaporowo Prąd elektronów (z emitera) „wyciągniętych” polem E kolektora

17 Wsp. transportu przez bazę Wsp. wstrzykiwania emitera (tutaj elektronów do bazy) Wsp. wzmocnienia prądowego (zwykle w granicach 0.95 – 0.9999)

18 18 z warunku dopasowania: i ponieważ transistor =trans former res istor = trasformator rezystancji

19

20

21

22 UC B UB E UC E przewodzi zatkane Nie mylić prądu kolektora IC z prądem diody baza-kolektor. IB

23 23 Model elementarny Ebersa-Molla można pokazać, że: i ostatecznie:

24 24

25 25

26 u1u1 u2u2 i1i1 i2i2 czwórnik Można zdefiniować cztery rodziny charakterystyk statycznych tranzystora: wejściową: przejściową: wyjściową: zwrotną:

27 Charakterystyki tranzystora w układzie OB

28 Charakterystyki tranzystora w układzie OE

29 Ograniczenia obszaru pracy tranzystora jako wzmacniacza

30 T Napięcie kolektor - emiter [V] 0.001.002.003.004.00 Prd kolektora [A] 0.00 5.00m 10.00m 15.00m 20.00m I B =100µA I B =75 I B =50 I B =25 µA

31 Model małosygnałowy tranzystora dla m.cz.

32

33

34

35 Charakterystyki małosygnałowe

36 36 Charakterystyki małosygnałowe Tranzystor jako czwórnik aktywny Dla układu OE:

37 37 Konduktancja wejściowa: Transkonduktancja zwrotna: Transkonduktancja: Konduktancja wyjściowa:

38 Parametry graniczne tranzystora Tranzystory, tak zresztą jak inne elementy elektroniczne, mają charakterystyczne dla siebie parametry graniczne, tzn. takie których przekroczenie grozi uszkodzeniem tranzystora. Do takich właśnie parametrów należą: U EB0max - dopuszczalne napięcie wsteczne baza-emiter U CB0max - dopuszczalne napięcie wsteczne kolektor-baza U CE0max - maksymalne dopuszczalne napięcie kolektor-emiter I Cmax - maksymalny prąd kolektora I Bmax - maksymalny prąd bazy P strmax - maksymalna dopuszczalna moc strat

39 39 Model typu hybryd π dla konfiguracji OE

40 Układ z potencjometrycznym zasilaniem bazy i sprzężeniem emiterowym Jednotranzystorowy wzmacniacz napięciowy OE Prąd stały: punkt pracy

41 Wzm. napięciowy Założenia: Dane: V CC, np. 10V Musimy przyjąć I C, np. 1mA

42 Aby przez C płynął prąd 1mA, to przy β=100 I B =10μA Analogicznie R C : 2V 0.6V 2.6V (stabilność)

43 1.8kΩ 3.9kΩ 68kΩ 33kΩ Ujemne sprzężenie zwrotne dla prądu stałego:

44 0 5 10 napięcie [V] Prąd [A] 0.010 0.005 Prosta obciążenia czary-mary

45 U CC =U Rc + U CE U CC =I C · R C + U CE Zmiana punktu pracy spowodowana zmianą R C lub U CC nie powoduje zmian prądu I C (jeśli tylko I B jest stały Prosta obciążenia, cd.

46 Dla: prądu stałego prądu zmiennego

47 Można pokazać, że w przybliżeniu: Rola kondensatora emiterowego W przypadku braku kondensatora:

48 C

49 OEOBOC Impedancja wejściowa Z we średnia r be mała r be /  F duża r be (1+  F ) Impedancja wyjściowa dużabardzo duża mała Wzmocnienie prądowe Duże  F <1  F =  F /(1+  F ) duże  F +1 Wzmocnienie napięciowe <1 Wzmocnienie mocy bardzo duże dużeśrednie Częstotliwości graniczne małe f  duże f   F f  małe  f  >1

50 K v = Wzmocnienie nap. Z o = Impedancja Wy Z in = Impedancja We A i = Wzmocnienie prąd. K p = Wzmocnienie mocy OB OE OC Właściwości poszczególnych konfiguracji włączenia BJT

51 51 Wzmocnienie tranzystora w funkcji częstotliwości pojemność dyfuzyjna złącza EB rezystancja dynamiczna złącza EB transkonduktancja

52 52 Trzeba znaleźć zależność mała częstotliwość wysoka częstotliwość

53 53 Można pokazać, że częstotliwość graniczna odcięcia Sumaryczny czas opóźnienia Czas ładowania pojemności złącza E Czas przelotu przez B (podst.) Czas ładowania pojemności złącza C Czas przelotu zubożonego obszaru C Szacunkowo: Aby zwiększyć można jedynie skrócić czas przelotu przez B poprzez:  zmniejszenie grubości B  wbudowanie w nią pola E, unoszącego nośniki w pożądanym kierunku

54 [dB] 1=0dB -20dB/dek=-6dB/okt 3dB Wspólczynnik wzmocnienia tranzystora bipolarnego w funkcji częstotliwości dla układów OB i OE

55 Spadek o 3dB Dla teoretycznego spadku 6dB/oktawę łatwo wyznaczyć

56 56 Tranzystor dryftowy Rozkład domieszki => wbudowane pole E => prąd unoszenia nośników ładunku: Skutek - zmniejszenie czasu transportu przez B, a więc i drift current (ang.) – prąd unoszenia, stąd i nazwa tytułowa

57 57 Model pasmowy pp (przypomnienie) Wartości energii krawędzi pasm określa się względem poziomu próżni E=0; j.t. poziom odniesienia Elektroujemność z def. to potencjał odpowiadający różnicy między wartościami energii krawędzi pasma przewodzenia a poziomem próżni Praca wyjścia to różnica między wartościami poziomu Fermiego a próżnią Poziom Fermiego zależy od wartości koncentracji domieszki

58 58 „Homozłącze” (klasyczne) (przypomnienie)  Mają ten sam poziom odniesienia – próżnia  Poziomy Fermiego są różne  Obydwa materiały pp są neutralne elektrycznie

59 59 Po połączeniu:  ładunek przepływa między n i p  Poziom Fermiego przesuwa się aż do zrównania  Poziom odniesienia próżni dla tego układu zmienia się i wynosi gdzie:  Powstaje bariera potencjału o wartości jednakowej dla obu typów nośników ładunku i obu kierunków  Wysokością bariery można sterować przy pomocy polaryzacji zewnętrznej

60 60 Definicje i ogólna klasyfikacja HETEROZŁĄCZE jest to granica rozdziału (ewentualnie obszar przejściowy) pomiędzy dwoma różnymi półprzewodnikami tworzącymi strukturę monokrystaliczną. HETEROZŁĄCZA izotypowe: n-n i p-p anizotypow: p-n fizyka Skokowe Liniowe konstrukcja

61 61 Podstawowe typy heterozłącz (roztworów stałych III-V) Przekrywające się (straddled), np. GaAs/AlGaAs Częściowo przerwane (staggered), np.. InGaAs/GaAsSb Przerwane (broken), np. InAs/GaSb

62 62 - współczynnik nieliniowości stała sieciowa: Prawo Vegarda: Przerwa zabroniona

63 63

64 64 Zasady konstrukcji modelu pasmowego heterozłącza n-p 1.Należy określić i z „prawa elektroujemności”: lub, o ile nie ma danych eksperymentalnych skorzystać z teorii orbitali atomowych Harrisona 2.Obliczyć wysokość napięcia wbudowanego z różnicy prac wyjścia 3.Jako pierwszy narysować prosty poziom Fermiego - równowaga termodynamiczna 4.Daleko od granicy rozdziału narysować model pasmowy pp-ów n i p z odpowiednim przesunięciem poziomów względem bazowego poziomu Fermiego (odniesienie)

65 65 5.Określić,,,, rozwiązując równanie Poissona dla modelu warstwy całkowicie zubożonej stosując jako wartość warunku brzegowego. Przybliżenie zubożenia jest zazwyczaj słuszne nawet w przypadku niesymetrycznego domieszkowania i zakłóceń pola wbudowanego, spowodowanych przez i 6.„Artystycznie” dorysuj nieliniowe połączenie wszystkich poziomów energetycznych

66 66

67 67 HBT powstał na skutek potrzeby opanowania coraz wyższych częstotliwości w klasycznym tranzystorze bipolarnym aby zwiększyć jego szybkość działania =>zmniejszyć czas przelotu nośn. mn. przez bazę => zmniejszyć jej szerokość => wzrost rezystancji szeregowej => spadek częst. granicznej. NIE MA OPTIMUM rezystancję szeregową można zmniejszyć zwiększając koncentrację domieszki w bazie => wzrost prądu wstrzykiwanego do emitera => zmniejszenie wzmocnienia tranzystora; dodatkowo na skutek zmniejszenia grubości bazy i zwiększenia w niej koncentracji domieszki maleje dopuszczalne napięcie C-E niemożliwa jest więc kompleksowa optymalizacja grubości i przewodności bazy pod względem szybkości działania, dużego wzmocnienia i małej rezystancji szeregowej bazy klasycznego tranzystora bipolarnego zastosowanie heterozłącza pozwala na jednoczesne zmniejszenie czasu przelotu (zwiększenie częst.) i rezystancji szeregowej bazy oraz zwiększenie wzmocnienia prądowego

68 W zależności od położenia punktu pracy tranzystorów wzmacniacze (mocy) dzieli się na klasy: A, B, AB, C,T KLASA A -Sygnał wejściowy podawany na dany stopień wzmacniający powoduje, że przez element aktywny tego wzmacniacza płynie prąd przez cały okres T sygnału sterującego. Sprawność dla wzmacniaczy pracujących w klasie A wynosi max 50%. KLASA B -Sygnał wejściowy podawany na dany stopień wzmacniający powoduje, że element aktywny tego wzmacniacza przewodzi prąd tylko przez połowę okresu T trwania sygnału sterującego. Sprawność dla wzmacniaczy pracujących w klasie B wynosi ok.78,5%. Klasy pracy tranzystora Wzmacniacze np.: prądu stałego, m.cz., w.cz., b.wcz., napięciowe, prądowe, mocy (PA), itd..

69 KLASA AB - Sygnał wejściowy podawany na dany stopień wzmacniający powoduje, że element aktywny tego wzmacniacza przewodzi prąd przez czas krótszy niż jeden okres T trwania sygnału sterującego, ale dłuższy niż pół okresu. Klasa AB charakteryzuje się sprawnością rzędu 50- 70% z małymi zniekształceniami. KLASA C - Sygnał wejściowy podawany na dany stopień wzmacniający powoduje, że element aktywny tego wzmacniacza przewodzi prąd przez czas krótszy niż pół okresu T trwania sygnału sterującego. KLASA T – wzmacniacz klasy T jest procesorem sygnałowym sterującym wyjściowymi tranzystorami w sposób wyznaczony przez sygnał wejściowy i sygnał sprzężenia zwrotnego. Współczynnik zniekształceń nieliniowych poniżej 0,08%,sprawność wynosi w granicy 70-90% tym samym klasa T łączy ze sobą zalety klas A, AB, D Specjalne wynalazki: klasy G i H wzm. samochodowe i estradowe

70

71 Zasada działania wzm. Klasy „D”

72 Wzmocnienie: napięciowe, prądowe i mocy, Dolna i górna częstotliwość graniczna, Pasmo przenoszonych częstotliwości, Rezystancja wejściowa i wyjściowa, Zniekształcenia nieliniowe i liniowe Do najważniejszych parametrów zaliczają się:

73 Podstawowym parametrem określającym właściwości wzmacniacza jest wzmocnienie (k) określane jako stosunek wartości skutecznej sygnału wyjściowego do wartości skutecznej sygnału wejściowego. Wyróżnia się 3 rodzaje wzmocnienia: Napięciowe: K u = U wy /U we Prądowe: K i = I wy /I we Mocy: K p = P o /P we

74 Wzmocnienie napięciowe jest to stosunek napięcia wyjściowego do napięcia wejściowego układu, wyrażony w woltach na wolt [V/V]: K u [V/V] = U wy /U we lub częściej w decybelach [dB]: K u [dB] = 20 log K u [V/V] Wzmocnienie prądowe jest to stosunek prądu wyjściowego do prądu wejściowego układu, wyrażony w amperach na amper [A/A]: K i [A / A] = I wy / I we lub częściej w decybelach [dB]: K i [dB] = 20 log K i [A / A]

75 Wzmocnienie mocy jest to stosunek mocy czynnej P wy wydzielonej na obciążeniu czwórnika do mocy czynnej P we doprowadzonej do wejścia czwórnika, wyrażonej w [W/W] K p [W/W] = P wy / P we lub w decybelach [dB] K p [dB] = 10 log K p [W/W]

76 Dolna częstotliwość graniczna jest to najniższa częstotliwość, dla której wartość wzmocnienia maleje o 3dB od wartości maksymalnej, w zadanym przedziale częstotliwości (f d ). Górna częstotliwość graniczna jest to najwyższa częstotliwość, dla której wartość wzmocnienia maleje o 3dB od wartości maksymalnej, w zadanym przedziale częstotliwości (f g ).

77 Rezystancja wejściowa R we jest to rezystancja „widziana” z zacisków wejściowych układu, przy rozwartym wyjściu. Określana wzorem: R we = U we /I we przy R 0 =nieskończoności Rezystancja wyjściowa R wy jest to rezystancja „widziana” z zacisków wyjściowych układu, przy zwartym wejściu. Określana jest wzorem: R wy = U wy /I wy przy U we =0 Zniekształcenia nieliniowe są to dodatkowe składowe powstałe na wyjściu wzmacniacza, których nie było na wejściu. Przyczyną powstawania takich zniekształceń są nieliniowe zależności prądowo-napięciowe elementów (tranzystorów, diod, lamp) Rzeczywiste układy elektroniczne, jak wiadomo, nie przenoszą całego widma sygnału, co prowadzi do zniekształceń widma sygnału wyjściowego w stosunku do sygnału wejściowego, tzn. że wzmacniacz niejednakowo wzmacnia wszystkie częstotliwości sygnału wejściowego. Wtedy jest mowa o zniekształceniach liniowych.

78 78 Wzmocnienie tranzystora w funkcji częstotliwości pojemność dyfuzyjna złącza EB rezystancja dynamiczna złącza EB transkonduktancja

79 79 Trzeba znaleźć zależność mała częstotliwość wysoka częstotliwość

80 80 Można pokazać, że częstotliwość graniczna odcięcia Sumaryczny czas opóźnienia Czas ładowania pojemności złącza E Czas przelotu przez B (podst.) Czas ładowania pojemności złącza C Czas przelotu zubożonego obszaru C Szacunkowo: Aby zwiększyć można jedynie skrócić czas przelotu przez B poprzez:  zmniejszenie grubości B  wbudowanie w nią pola E, unoszącego nośniki w pożądanym kierunku

81 [dB] 1=0dB -20dB/dek=-6dB/okt 3dB Wspólczynnik wzmocnienia tranzystora bipolarnego w funkcji częstotliwości dla układów OB i OE

82 Spadek o 3dB Dla teoretycznego spadku 6dB/oktawę łatwo wyznaczyć

83 83 Tranzystor dryftowy Rozkład domieszki => wbudowane pole E => prąd unoszenia nośników ładunku: Skutek - zmniejszenie czasu transportu przez B, a więc i drift current (ang.) – prąd unoszenia, stąd i nazwa tytułowa

84 84 Model pasmowy pp (przypomnienie) Wartości energii krawędzi pasm określa się względem poziomu próżni E=0; j.t. poziom odniesienia Elektroujemność z def. to potencjał odpowiadający różnicy między wartościami energii krawędzi pasma przewodzenia a poziomem próżni Praca wyjścia to różnica między wartościami poziomu Fermiego a próżnią Poziom Fermiego zależy od wartości koncentracji domieszki

85 85 „Homozłącze” (klasyczne) (przypomnienie)  Mają ten sam poziom odniesienia – próżnia  Poziomy Fermiego są różne  Obydwa materiały pp są neutralne elektrycznie

86 86 Po połączeniu:  ładunek przepływa między n i p  Poziom Fermiego przesuwa się aż do zrównania  Poziom odniesienia próżni dla tego układu zmienia się i wynosi gdzie:  Powstaje bariera potencjału o wartości jednakowej dla obu typów nośników ładunku i obu kierunków  Wysokością bariery można sterować przy pomocy polaryzacji zewnętrznej

87 87 Definicje i ogólna klasyfikacja HETEROZŁĄCZE jest to granica rozdziału (ewentualnie obszar przejściowy) pomiędzy dwoma różnymi półprzewodnikami tworzącymi strukturę monokrystaliczną. HETEROZŁĄCZA izotypowe: n-n i p-p anizotypow: p-n fizyka Skokowe Liniowe konstrukcja

88 88 Podstawowe typy heterozłącz (roztworów stałych III-V) Przekrywające się (straddled), np. GaAs/AlGaAs Częściowo przerwane (staggered), np.. InGaAs/GaAsSb Przerwane (broken), np. InAs/GaSb

89 89 - współczynnik nieliniowości stała sieciowa: Prawo Vegarda: Przerwa zabroniona

90 90

91 91 Zasady konstrukcji modelu pasmowego heterozłącza n-p 1.Należy określić i z „prawa elektroujemności”: lub, o ile nie ma danych eksperymentalnych skorzystać z teorii orbitali atomowych Harrisona 2.Obliczyć wysokość napięcia wbudowanego z różnicy prac wyjścia 3.Jako pierwszy narysować prosty poziom Fermiego - równowaga termodynamiczna 4.Daleko od granicy rozdziału narysować model pasmowy pp-ów n i p z odpowiednim przesunięciem poziomów względem bazowego poziomu Fermiego (odniesienie)

92 92 5.Określić,,,, rozwiązując równanie Poissona dla modelu warstwy całkowicie zubożonej stosując jako wartość warunku brzegowego. Przybliżenie zubożenia jest zazwyczaj słuszne nawet w przypadku niesymetrycznego domieszkowania i zakłóceń pola wbudowanego, spowodowanych przez i 6.„Artystycznie” dorysuj nieliniowe połączenie wszystkich poziomów energetycznych

93 93

94 94 HBT powstał na skutek potrzeby opanowania coraz wyższych częstotliwości w klasycznym tranzystorze bipolarnym aby zwiększyć jego szybkość działania =>zmniejszyć czas przelotu nośn. mn. przez bazę => zmniejszyć jej szerokość => wzrost rezystancji szeregowej => spadek częst. granicznej. NIE MA OPTIMUM rezystancję szeregową można zmniejszyć zwiększając koncentrację domieszki w bazie => wzrost prądu wstrzykiwanego do emitera => zmniejszenie wzmocnienia tranzystora; dodatkowo na skutek zmniejszenia grubości bazy i zwiększenia w niej koncentracji domieszki maleje dopuszczalne napięcie C-E niemożliwa jest więc kompleksowa optymalizacja grubości i przewodności bazy pod względem szybkości działania, dużego wzmocnienia i małej rezystancji szeregowej bazy klasycznego tranzystora bipolarnego zastosowanie heterozłącza pozwala na jednoczesne zmniejszenie czasu przelotu (zwiększenie częst.) i rezystancji szeregowej bazy oraz zwiększenie wzmocnienia prądowego

95 FET (ang. Field Effect Transistor) - tranzystor, w którym sterowanie prądem odbywa się za pomocą pola elektrycznego. Tranzystor polowy, tranzystor unipolarny, FET Mechanizm przewodzenia oparty jest na jednym rodzaju nośników: dziurach lub elektronach

96 JFET MOSFET Drain=dren Source=źródło Gate=bramk a Bulk=podłoże Junction Field Effect Transistor Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor

97

98

99

100 100 Charakterystyka przejściowa tranzystora FET Charakterystyka przejściowa – przedstawia zależność prądu drenu I D od napięcia bramka-źródło U GS, przy ustalonej wartości napięcia dren-źródło U DS.. Charakterystyki przejściowe zależą od temperatury. 1. Napięcie odcięcia bramka-źródło U GS(off). Jest to napięcie jakie należy doprowadzić do bramki, aby przy ustalonym napięciu U DS nie płynął prąd drenu. 2. Prąd nasycenia I DSS. Jest to prąd płynący przy napięciu U GS = 0 i określonym napięciu U DS.

101 101 Charakterystyka wyjściowa tranzystora FET Charakterystyka wyjściowa przedstawia zależność prądu drenu I D od napięcia dren-źródło U DS, przy stałym napięciu bramka-źródło U GS Parametry statyczne: prąd wyłączenia I D(off) rezystancja statyczna włączenia R DS.(on) rezystancja wyłączenia R DS.(off) prądy upływu. Prąd I D dla płaskiej części charakterystyki wyjściowej FET’a I D (U DS ) spełnia poniższe równanie:

102 Charakterystyki tranzystora złączowego U p =-5V

103

104 Punkt pracy tranzystora złączowego

105 S Bramka Dren Źródło G SS D

106  Typu „E” (Enhanced) E-MOSFET – z kanałem wzbogacanym czyli indukowanym lub normalnie wyłączony – dla zerowej polaryzacji bramki kanał nie istnieje i prąd drenu nie płynie.  Typu „D” (Depleted) D-MOSFET– z kanałem zubażanym lub normalnie załączony – posiadają wbudowany kanał przewodzący i dla zerowej polaryzacji bramki prąd drenu może płynąć. MOSFET-y

107 SD

108

109 Symbole graficzne MOSFET typu „D” i „E” z różnym typem przewodnictwa kanału kanał typu nkanał typu p

110 Symbole graficzne kanał zubożony „D” kanał wzbogacony „E” z kanałem typu „P” z kanałem typu „N” z kanałem typu „P” z kanałem typu „N”

111 Zasada działania na przykładzie MOSFET z kanałem indukowanym typu n i podłożem typu p. Polaryzacja drenu i bramki jest zerowa czyli U DS =0 i U GS =0. W takiej sytuacji brak jest połączenia elektrycznego pomiędzy drenem i źródłem czyli: brak jest kanału.

112 Zasada działania cd. Polaryzując bramkę napięciem U GS >0, po przekroczeniu pewnej wartości tego napięcia, zwanej napięciem progowym U T, między „S” a „D”, dzięki powstaniu warstwy inwersyjnej, pojawi się połączenie. Powstanie kanał

113 Zasada działania cd. Dodatni ładunek bramki spowodował powstanie pod jej powierzchnią warstwy inwersyjnej złożonej z elektronów swobodnych o dużej koncentracji oraz głębiej położonej warstwy ładunku przestrzennego jonów akceptorowych, od których odciągnięte zostały dziury. Powstaje w ten sposób w warstwie inwersyjnej połączenie elektryczne pomiędzy drenem a źródłem. Przewodność tego połączenia zależy od koncentracji elektronów w indukowanym kanale, czyli od napięcia U GS.

114 Zasada działania cd. Wartość prądu płynącego powstałym kanałem zależy niemalże liniowo od napięcia U DS. Zależność ta nie jest jednak do końca liniowa, ponieważ prąd ten zmienia stan polaryzacji bramki, na skutek czego im bliżej drenu, tym różnica potencjałów pomiędzy bramką i podłożem jest mniejsza, a kanał zmniejsza powierzchnię swojego przekroju.

115 Zasada działania cd. Gdy w wyniku dalszego zwiększania napięcia U GS przekroczona zostanie pewna jego wartość zwana napięciem odcięcia U GSoff lub wartość napięcia U DS zrówna się z poziomem napięcia U GS (U DS =U GS ), powstały kanał całkowicie zniknie.

116 Jeżeli napięcia U DS i U GS będą por ó wnywalne, to prąd drenu będzie zależny liniowo od napięcia U DS - kanał pełni w ó wczas funkcję rezystora liniowego (rys. powyżej a). Dalszy wzrost napięcia U DS powoduje, tak jak w tranzystorze złączowym, spadek napięcia na rezystancji kanału. W okolicy drenu następuje zmniejszanie inwersji, aż do całkowitego jej zaniku. M ó wimy wtedy o odcięciu kanału. Wartość napięcia U DS, przy kt ó rej następuje odcięcie kanału nazywamy napięciem nasycenia (rys. powyżej b). Dalszy wzrost napięcia U DS nie powoduje już wzrostu prądu drenu, ale wpływa na odcięcie kanału bliżej źr ó dła. M ó wimy w ó wczas, że tranzystor pracuje w stanie nasycenia Jeżeli napięcia U DS i U GS będą porównywalne, to prąd drenu będzie zależny liniowo od napięcia U DS - kanał pełni wówczas funkcję rezystora liniowego. Dalszy wzrost napięcia U DS powoduje spadek napięcia na rezystancji kanału. W okolicy drenu następuje zmniejszanie inwersji, aż do całkowitego jej zaniku. Mówimy wtedy o odcięciu kanału. Wartość napięcia U DS, przy której następuje odcięcie kanału nazywamy napięciem nasycenia Dalszy wzrost napięcia U DS nie powoduje już wzrostu prądu drenu, ale wpływa na odcięcie kanału bliżej źródła. Mówimy wówczas, że tranzystor pracuje w stanie nasycenia

117 Charakterystyka przejściowa i wyjściowa U T - threshold voltage – napięcie progowe, tworzenia Przykład charakterystyk E-MOSFET-a z kanałem typu „n”

118 Tranzystor MOSFET to tranzystor polowy, w którym bramka jest oddzielona od kanału cienką warstwą izolacyjną, najczęściej utworzoną z dwutlenku SiO 2. Dzięki odizolowaniu bramki, niezależnie od jej polaryzacji, teoretycznie nie płynie przez nią żaden prąd. Praktycznie w tranzystorach JFET prądy bramki są rzędu 1pA - 10nA, a w tranzystorach MOSFET ok. 10 3 razy mniejsze. Dlatego też w tranzystorach JFET możemy uzyskać rezystancję wejściową układu równą 10 9 - 10 12 Ω, a w przypadku tranzystorów MOSFET rezystancja wejściowa jest równa 10 12 - 10 16 Ω.

119

120 Porównanie tranzystorów: bipolarnego z polowym kryterium: transkonduktancja (I wy =f(U we ) Bipolarny Charakterystyka wykładnicza (eksponencjalna) Polowy Charakterystyka kwadratowa (paraboliczna) Sterowanie polowe (napięciowe) Sterowanie prądowe Ujemny TWR TWR dodatni