Дослідження ключів на польових транзисторах

курсова робота з інформатики

ЗМІСТ

Вступ

Дію транзистора можна порівняти з дією греблі. За допомогою постійного джерела (течія річки) і греблі створений перепад рівнів води. Витрачаючи дуже невелику енергію на вертикальне переміщення затвора, ми можемо управляти потоком води великої потужності, тобто управляти енергією могутнього постійного джерела.

Термін служби напівпровідникових тріодів і їх економічність у багато разів більші, ніж у електронних ламп. За рахунок цього транзистори знайшли широке застосування в мікроелектроніці – теле-, відео-, аудіо-, радіоапаратурі і, звичайно ж, у комп'ютерах. Вони замінюють електронні лампи в багатьох електричних ланцюгах наукової, промислової і побутової апаратури.

Переваги транзисторів в порівнянні з електронними лампами – ті ж, як і у напівпровідникових діодів – відсутність розжареного катода, що споживає значну потужність і вимагає часу для його розігрівання. Крім того транзистори самі по собі у багато разів менше за масою і розмірами, ніж електричні лампи, і транзистори здатні працювати при нижчих напругах і вищих частотах.

Але разом з позитивними якостями, тріоди мають і свої недоліки. Як і напівпровідникові діоди, транзистори дуже чутливі до підвищення температури, електричних перевантажень і сильно проникаючих випромінювань (щоб зробити транзистор довговічнішим, його поміщають в спеціальні корпуси).

Основні матеріали з яких виготовляють транзистори – кремній і германій, перспективні – арсенід галію, сульфід цинку і широкозонні провідники.

Існує 2 типи транзисторів: біполярні і польові.

Електронний ключ – основний функціональний вузол дискретної схемотехніки для перемикання струмів або потенціалів на навантаженні.

В імпульсних пристроях дуже часто потрібно комутувати (включати і виключати) електричні ланцюги. Ця операція виконується безконтактним способом за допомогою транзисторних ключів.

Ключові схеми використовуються для побудови генераторів і формувачів імпульсів, а також різних логічних схем цифрової обчислювальної техніки. Ключ виконує елементарну операцію інверсії логічної змінної і називається інвертором.

У статичному режимі ключ перебуває в стані «включено» (ключ замкнений), або в стані «виключено» (ключ розімкнений). Перемикання ключа з одного стану в інший відбувається під впливом вхідних управляючих сигналів: імпульсів або рівнів напруги. Прості ключові схеми мають один управляючий вхід і один вихід.

Основу ключа складає транзистор в дискретному або інтегральному виконанні.

Залежно від стану ключ шунтує зовнішнє навантаження великим або малим вихідним опором. У цьому і полягає комутація ланцюга, вироблювана транзисторним ключем.

Основними параметрами ключа є:

Розділ 1. Польові транзистори

1.1. Принцип дії польового транзистора

Розглянемо устрій і принцип дії польового транзистора МОН-структури (Метал-Окисел-Напівпровідник), який знайшов широке застосування як основний елемент всіх сучасних інтегральних мікросхем КМОП структури.

Польовий транзистор – це напівпровідниковий прилад, підсилювальні властивості якого зумовлені потоком основних носіїв, що протікає через провідний канал і керований електричним полем. На відміну від біполярних робота польових транзисторів заснована на використанні основних носіїв заряду в напівпровіднику. За конструктивним виконанням і технологією виготовлення польові транзистори можна розділити на дві групи: польові транзистори з управляючим р-п-переходом і польові транзистори з ізольованим затвором.

Польовий транзистор з управляючим р-п-переходом – це польовий транзистор, затвор якого відокремлений в електричному відношенні від каналу р-п-переходом, зміщеним у зворотному напрямі. Електрод, з якого в канал входять носії заряду, називають витоком; електрод, через який з каналу йдуть носії заряду, – стоком; електрод, що служить для регулювання поперечного перетину каналу, – затвором. При підключенні до витоку негативної (для п_каналу), а до стоку позитивної напруги (рис. 1.1) в каналі виникає електричний струм, що створюється рухом електронів від витоку до стоку, тобто основними носіями заряду. У цьому полягає істотна відмінність польового транзистора від біполярного. Рух носіїв заряду уздовж електронно-діркового переходу (а не через переходи, як в біполярному транзисторі) є другою характерною особливістю польового транзистора.

Рис. 1.. Структура польового транзистора

Електричне поле, що створюється між затвором і каналом, змінює щільність носіїв заряду в каналі, тобто величину протікаючого струму. Оскільки управління відбувається через зміщений назад р-п-перехід, опір між управляючим електродом і каналом великий, а споживана потужність від джерела сигналу в ланцюзі затвора нікчемно мала. Тому польовий транзистор може забезпечити посилення електромагнітних коливань як по потужності, так і по струму і напрузі.

Польовий транзистор з ізольованим затвором – це польовий транзистор, затвор якого відокремлений в електричному відношенні від каналу шаром діелектрика. Польовий транзистор з ізольованим затвором складається з пластини напівпровідника (підкладки) з відносно високим питомим опором, в якій створені дві області з протилежним типом електропровідності (рис. 1.2). На ці області нанесені металеві електроди – витік і стік. Поверхня напівпровідника між витоком і стоком покрита тонким шаром діелектрика (звичайно шаром оксиду кремнію). На шар діелектрика нанесений металевий електрод – затвор. Виходить структура, що складається з металу, діелектрика і напівпровідника. Тому польові транзистори з ізольованим затвором часто називають МДП-транзисторами або МОП-транзисторами (Метал-Оксид-Напівпровідник).

Рис. 1.. Структура польового транзистора з ізольованим затвором

Існують два різновиди МДП-транзисторів з індукованим і з вбудованим каналами.

У МДП-транзисторах з індукованим каналом провідний канал між сильнолегованими областями витоку і стоку і, отже, помітний струм стоку з'являється тільки при певній полярності і при певному значенні напруги на затворі відносно витоку (негативного