3.03. Общая классификация ПТ
Генеалогическое древо (рис. 3.9) и карта входных, выходных напряжений при заземленном истоке (рис. 3.10) помогают разобраться в ситуации. Различные приборы (включая весь «букет» биполярных npn- и pnp- транзисторов) нарисованы в квадрантах, характеризующих их входное и выходное напряжение в активной области при заземленном истоке (или эмиттере). При этом вовсе не обязательно запоминать свойства каждого из пяти представленных здесь типов ПТ, поскольку они в основном одинаковы.
рис. 3.9.
рис. 3.10.
Во - первых, при заземленном истоке ПТ включается (переходит в проводящее состояние) путем смещения напряжения затвора в сторону напряжения питания стока. Это верно как для всех пяти типов ПТ, так и для биполярных транзисторов. Например, для n - канального ПТ с p-n - переходом (который автоматически является обедненным) используется положительное напряжение питания стока, как и для всех n-канальных приборов. Таким образом, этот ПТ включается положительным смешением затвора. Здесь есть тонкость, состоящая в том, что у приборов обедненного типа для получения нулевого тока стока затвор должен иметь обратное смешение, в то время как у приборов обогащенного типа достаточно для этой цели нулевого напряжения на затворе.
Во - вторых, в связи с примерной симметрией истока и стока любой из этих выводов может работать как исток (исключение составляют мощные МОП - транзисторы, у которых подложка внутри корпуса соединена с истоком). При изучении работы ПТ, а также при расчетах за исток принимается вывод, наиболее «удаленный» по напряжению от активного питания стока. Например, допустим, что ПТ используется для замыкания на землю некоторой линии, в которой присутствуют как положительные, так и отрицательные сигналы. Обычно такая линия подключается к стоку ПТ. Если в качестве ключа взят n - канальный МОП - транзистор обогащенного типа и если случится, что в выключенном состоянии напряжение на стоковом выводе будет отрицательным, то для подсчета отпирающего напряжения затвора этот вывод следует считать в действительности «истоком». Это означает, что для обеспечения надежного запирания ключа отрицательное напряжение на затворе должно быть не только уровня «земли», но и превышать (по абсолютной величине) наибольший отрицательный сигнал.
Характеристики, приведенные на рис. 3.11, помогут вам разобраться в этих запутанных вопросах. Еще раз отметим, что разница между обогащенными и обедненными приборами выражается только в сдвиге вдоль оси Uзи, т.е. имеется ли большой ток стока или нет совсем никакого тока при напряжении затвора равном напряжению истока. Полевые n - канальные и p - канальные транзисторы симметричны друг другу в том же смысле, в каком являются таковыми биполярные n-p-n - и p-n-p - транзисторы.
Рис. 3.11. Характеристики ПТ различных типов и полярностей (лог. масштаб). 1 - обогащенный p - канальный МОП - транзистор; 2 - обогащенный n - канальный МОП - транзистор; 3 - n - канальный ПТ с p-n - переходом: 4 - p - канальный ПТ с р-n - переходом.
На рис. 3.11 мы использовали стандартные обозначения для таких важных параметров ПТ, как ток насыщения и напряжение отсечки. Для ПТ с p-n - переходом величина тока стока при замкнутых накоротко затворе и истоке обозначается в спецификациях как IСИнач; она близка к величине максимально допустимого тока стока, (IСИнач означает ток от стока к истоку при короткозамкнутых затворе и истоке. Здесь и далее в этой главе мы приводим эту нотацию, в которой первые две буквы индекса обозначают соответствующие выводы, а за ними указывается состояние.) Для обогащенных МОП - транзисторов аналогичной спецификацией является IСИвкл, при некотором заданном напряжении прямого смещения затвора (IСИнач у любого прибора с обогащением был бы равен нулю).
Для ПТ с p-n - переходом напряжение затвор - исток, при котором ток стока становится равен нулю, называется «напряжением отсечки» (Uотс) или «напряжением выключения» (UЗИвыкл) и типичное его значение лежит в диапазоне от - 3 до - 10 В (для p - канального прибора оно, разумеется, положительное). Для обогащенного МОП - транзистора аналогичная величина называется «пороговое напряжение», Uп (или UЗИпор), это напряжение перехода затвор-исток, при котором начинает проходить ток стока. Типичная величина Uп составляет 0,5 - 5 В, разумеется в «прямом» направлении. Читая литературу по электронике на английском языке, не спутайте случайно Uп (обозначаемое там как VT) с VT в уравнении Эберса-Молла, которое обозначает ток коллектора биполярного транзистора; у этих двух величин нет ничего общего.
Имея дело с ПТ, легко запутаться в полярностях. Например, p-канальное устройство, у которого обычно сток положителен по отношению к истоку, может иметь положительное или отрицательное напряжение на затворе, а также положительное (обогащенный тип) или отрицательное (обедненный тип) пороговое напряжение. Еще более усложняет дело то, что сток может быть (и часто бывает) отрицателен по отношению к истоку. Все эти рассуждения, конечно, справедливы с заменой знаков для p - канальных устройств. В дальнейшем, чтобы свести к минимуму ошибки, мы будем всегда иметь в виду n - канальные устройства, если не оговорено противное. Аналогичным образом, поскольку МОП - транзисторы почти всегда обогащенные, а ПТ с p-n - переходом всегда обедненного типа, мы будем далее опускать эти их определения.