ЭЛЕКТРОНИКИЙН ҮНДЭС

Лекц 9

МУИС-ийн профессор Э.Дамдинсүрэн

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 2

5. Оронгийн транзистор (FET)

5.1. p-n шилжилттэй оронгийн транзистор

(JFET)

5.2. MOSFET транзистор

5.3. Оронгийн транзисторын үндсэн

хэрэглээ

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 3

5.1. p-n шилжилттэй оронгийн

транзистор

JFET (junction field-effect transistor)

Биполяр транзистораас оронгийн транзистор ямар ялгаатай вэ?

p-n шилжилттэй оронгийн транзисторын бүтэц

p-n шилжилттэй оронгийн транзисторын ажиллах зарчим

Оронгийн транзисторын тодорхойлолт

Оронгийн транзисторын параметрүүд

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 4

Оронгийн транзисторын онцлог

Гаралтын гүйдлийг нь оролтын хүчдэлээр (оронгоор) удирддаг

Түүний ажиллагаанд зөвхөн үндсэн цэнэг зөөгчид үүрэгтэй (униполяр)

Оролтын эсэргүүцэл маш ихтэй

Хийх технолог нь хялбар

Бага зай эзэлж, бага гүйдэлд ажилладаг

Хоѐр төрөл байдаг

– Удирдах p-n шилжилттэй

– Тусгаарлагдсан удирдах электродтой

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 5

p-n шилжилттэй оронгийн

транзисторын бүтэцИхэвчлэн цахиураар хийдэг

Бүтэцийг зүсэлтээр нь харуулая:

p юмуу n төрлийн цилиндр

Түүний хоѐр ѐроолд омын контакттай, үзүүр гарсан байна

Эсрэг төрлийн дамжуулалттай бүслүүр, бас үзүүр гарна

p-n шилжилт үүсч цагираг хэлбэрийн ядуурсан муж бий болно

Энэ цагирагийн дотор талын цэнэг зөөгч явах хэсгийг суваг гэнэ

n

p p

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 6

Транзисторыг тэжээх

Цилиндрийн хоѐр ѐроолд VDS хүчдэл өгөхөд ID гүйдэл гүйнэ

Электроны хөдөлгөөн эхэлж буй электрод-sourse (исток) S

Электронууд хүрч очих электрод- drain (сток) D

Бүслүүр электрод - gate (затвор) G

Gate- д sourse-тай харьцангуй сөрөг VGS хүчдэл өгнө

VDS

-

+

VGS

+-

ID

S

D

G

n

p p

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 7

Гүйдлийг удирдах

p-n шилжилтийн зузаан ихэсч, сувгийн хөндлөн огтлол багасч, эсэргүүцэл нь ихсэнэ (R=r l/S)

Drain-д хүрэх электроны тоо цөөрч ID багасна

VGS хүчдэлийг багасгавал яах бол !

ID гүйдлийг сувгийн өргөнөөр удирдана

Өөрөөр VGS хүчдэлээр

d<<x байхаар хийдэг

Мөн nn<<pp байна

Иймд шилжилтийн муж сувгийн талд өргөснө

Затворын урвуу VGS

хүчдэлийг ихэсгэе

n

VDS

-

+

VGS

+-

ID

S

D

G

x d

p p

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 8

Удирдлагын тодорхойлолтID=f(VGS), VDS=const.

Гаралтын гүйдэл оролтын хүчдэлээс хамаарах (гаралтын хүчдэл тогтмол)

VDS1>VDS2 байна

VGS=0 байхад суваг хамгийн

өргөн, эсэргүүцэл нь хамгийн бага

Иймд ID их байна

Удирдлагын хэмээн

нэрлэсний учир

ID

-VGS0

VDS1

VDS2

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 9

Гаралтын тодорхойлолтDrain-ы тодорхойлолт ID=f(VDS), VGS=const

Эхлээд VGS=0 байх тохиолдлыг үзьеVDS-ийн бага утганд шугаман хамаарал байнаVDS цаашид ихсэхэд ID гүйдлийн өсөлт удааширч улмаар бараг тогтмол болно (Ханалтын горим)

Gate-д урвуу хүчдэл VGS<0

Суваг анхныхаас нарийснаГэхчилэн үргэлжилнэ

VDS

IDVGS=0

VGS<0

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 10

Тодорхойлолтын онцлог

Ханалтанд ороход суваг бүрэн хаагдахгүй, нарийхан хэсэг үлдэнэ

VGS ихсэхэд шугаман хэсгийн налуу ихэсч эрт ханалтандаа орно

Тодорхойлогч бүл муруйн эхний хэсэг салангад байна

Ханалтын мужийг ажлын хэсэг гэнэ

Суваг шаантаг хэлбэртэйгээр нарийсдаг

Шалтгаан нь сувгийн эсэргүүцэл дээр хүчдэл унах

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 11

Үндсэн параметрүүдЭгцлэг (0,5…10 мА/В)

Гаралтын эсэргүүцэл (10…100 кОм)

Оролтын эсэргүүцэл (108…1010) Ом

Хүчдэлийн өсгөлт (хэдэн зуу)

DDS

GS

IS , V const

V

DSo GS

D

VR , V const

I

GSi DS

G

VR , V const

I

DSo

GS

VS R

V

Хураангуй

тэмдэг

S

D

G

n сувагтай

S

D

G

p сувагтай

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 12

5.2. MOSFET транзистор

MOSFET-metal oxide semiconductor FET– D-MOSFET depletion ядуурал

– E-MOSFET enhancement баяжилт

Тусгаарлагдсан gate-тай гэж нэрлэдэг

Төрөлхийн сувагтай оронгийн транзисторын бүтэц, ажиллагаа

Ийм транзисторын тодорхойлолт

Үүсмэл сувагтай оронгийн транзисторын бүтэц, ажиллах зарчим

Ийм транзисторын тодорхойлолт

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 13

D-MOSFET транзисторын бүтэц

юмуу n төрлийн суурь

Drain ба source-ийг суурьт диффузлэнэ (n+)

Нарийн n сувгаар холбоно

Төрөлхийн сувагтай

Үүний дээр тусгаарлагч SiO2

Gate сувгаас тусгаарлагдсан

p төрлийн сувагтай бол бүтэц төсөөтэй, ялгааг тогтоо

n сувагтайг үзнэ. p сувагтай бол тэжээлийн туйл өөрчлөгднө

p

p суурьn

Drain

Source

Gate

SiO2

Суваг

n суурьp

Drain

Source

Gate

SiO2

Суваг

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 14

Ажлын горим

D-MOSFET нь баяжилт ба ядуурлын горимын

аль алинаар ажиллах боломжтой

Gate сувгаас тусгаар учир түүнд эерэг ба

сөрөг хүчдэлийн алийг ч өгч болно

n сувагтай бол gate-source хүчдэл сөрөг

байхад ядуурлын горимоор ажиллана

n сувагтай бол gate-source хүчдэл эерэг

байхад баяжилтийн горимоор ажиллана

Ихэнхдээ ийм транзистор ядуурлын горимд

ажилладаг

Төрөлхийн сувагтай гэж нэрлэдэг

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 15

Ядуурлын горим

Gate-ийн сөрөг хүчдэл нэмэгдэхэд n суваг электроноор улам ядуурч, ID гүйдэл их буурна

Энэ бол ядуурлын горим

Gate-д эерэг хүчдэл өгвөл баяжилтын горим

Gate ба суваг хавтгай конденсатор болно

Gate-д сөрөг хүчдэл өгөе

Үүсэх хөндлөн орноор электрон сувгаас гарна

Сувагт эерэг ион үлдэнэ

n сувгийн электрон цөөрч дамжуулалт нь буурна

E p

n

n

ID

++++

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 16

Удирдлагын тодорхойлолтID=f(VGS). Ядуурал, баяжилтын алинд ч байна

n суваг: VGS=0 бол ID=IDSS. VGS>0 баяжилт

VGS<0 ядуурлын горим, VGS(off)=-VP болоход ID=0.

p сувагтай бол юу өөрчлөгдөх вэ?

ID

IDSS

-VGS

-VGS(off)0

ID

IDSS

+VGSVGS(off)0

n сувагтай p сувагтай

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 17

Гаралтын тодорхойлолт

Drain-ы тодорхойлолт ID=f(VDS), VGS=const

Хураангуй тэмдэг

VDS

ID

VGS=0

VGS=+1 B

VGS= -1 B

VGS= -2 B

n сувагтай

p сувагтайn сувагтай

баяжилт

ядуурал

p сувагтай бол тодорхойлолт ямар байх вэ?

D D

S S

G G

• Сумтай нь суурь. Суурь source-

тай заавал холбогдох албагүй

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 18

E-MOSFET транзисторын бүтэцЗөвхөн баяжилтын горимд

p юмуу n төрлийн суурь

Drain ба source-ийг суурьт диффузлэнэ (n+)

Суурь дээр тусгаарлагч SiO2

Ялгаа: Төрөлхийн суваггүй

Gate сувгаас тусгаарлагдсан

p төрлийн сувагтай бол бүтэц төсөөтэй, ялгааг тогтоо

n сувагтайг үзнэ. p сувагтай бол хүчдэлийн туйл өөр

pсуурь

n

Drain

Source

Gate

SiO2

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 19

E-MOSFET-ийн ажиллагааn сувагтайг үзье

Gate-д эерэг хүчдэл өгнө

Хөндлөн орон үүснэ

Эерэг цэнэг сууриас гарна

SiO2-той залгаа суурийн

мужид электроны үе үүснэ

n суваг үүсч ID гүйнэ

Суваг үүсэхэд VD хүчдэлийн

босго утга хэрэгтэй

VD хүчдэлийн утга ихсэхэд суваг электроноор

баяжиж ID гүйдэл ихсэнэ. Баяжилтын горим

ID

n

VD

VGE

++++

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 20

Удирдлагын тодорхойлолтE-MOSFET зөвхөн баяжилтын горимд ажиллана

n сувагтай бол VGS>0, p сувагтай бол VGS<0

Эдгээрт VGS=0 бол ID=0

VGS нь тэг биш VGS(th) утга автал ID яг тэг

ID

VGSVGS(th)0

ID

-VGS VGS(th) 0

n сувагтай p сувагтай

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 21

Гаралтын тодорхойлолт

Drain-ы тодорхойлолт ID=f(VDS), VGS=const

Хураангуй тэмдэг

n сувагтай

p сувагтайn сувагтай

VDS

ID

VGS=+3 B

VGS=+4 B

VGS= +2 B

VGS= +1 B

баяжилт

p сувагтай бол тодорхойлолт ямар байх вэ?

• Тасархай шугам угаас суваггүйг

харуулна. Суурь source-тай

заавал холбогдох албагүй

D

S

G

D

S

G

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 22

5.3. Оронгийн транзисторын

үндсэн хэрэглээОронгийн транзисторыг холбох схем

Давуу талууд

Үндсэн хэрэглээ

– Хувьсах шугаман эсэргүүцэл

– Шүүлтүүр, аттенюатор

– Гүйдлийн үүсгүүр

– Хүчдэлийн давтагч

– Дууны өсгүүр

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 23

Холбох схемЖирийн транзистортай адил 3 схем

Оронгийн транзисторын үндсэн давуу тал– Оролтын эсэргүүцэл маш их (1013…1015 Ом хүрнэ)

– Шуугиан багатай (Рекомбинац байдаггүй)

– Дулааны ба радиоидэвхит үйлчлэлд бага нэрвэгддэг

– Интеграл технологид маш тохиромжтой

Ерөнхий source Ерөнхий drain Ерөнхий gate

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 24

Хувьсах эсэргүүцэлГаралтын тодорхойлолтын эхний хэсэг өөр өөр

налалттай шулуун байдагт үндэслэнэ

VDD хүчдэлийн туйлыг солиход энэ хэвээр

Хувьсах шугаман

резистор болгох схем

VDD

-VDD

ID

-ID

+

-VGS

~VDS

ID

Q

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 25

Шүүлтүүрийн хэлхээ

Шүүлтүүрийн хэлхээДавтамжийн

тодорхойлолт

vo

vi

vGS

R1

C

Q

A

w

1

0,7

w1 w2

• Доод хязгаарын давтамж wl =1/RC. R нь транзисторан

эсэргүүцэл

• vGS -ийг өөрчилснөөр wl өөрчлөгднө.

• R1 удирдах p-n шилжилтийн гүйдлийг хязгаарлана

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 26

АттенюаторЭнгийн аттенюаторын схем

Нэвтрүүлэх коэффициент

Ердийн хүчдэл хуваагчтай адил

vG-ийг өөрчлөхөд Rөөрчлөгдөж улмаар A янз бүрийн утгатай болно

R1

R2R

vo

vi

vG

o

i 1

v RA

v R R

Транзистор R –ийн

үүрэг гүйцэтгэнэ

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 27

Гүйдлийн үүсгүүр

Оронгийн транзисторт гүйдлийн үүсгүүр ердийн транзистор юмуу үйлдлийн өсгүүр ашигласнаас ихээхэн давуу

Ачааллаас үл хамааран тогтмол хэмжээтэй гүйдэл өгнө

Боломж нь гаралтын тодорхойлолтоос харагдана

Гаргах гүйдлийн хэмжээ VGS-ээс хамаарна

Гол шаардлага дотоод эсэргүүцэл их байх

Оронгийн транзисторт яг ийм (Ro=10…100 кОм)

RD

-VD

RSIDRS=VGS

VGS

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 28

Хүчдэлийн давтагч

Онцлог: Ri маш их, Ro маш бага, давтамжийн

шинж сайн

Гаралтын хүчдэл оролтынхтой адил туйлтай, A<1

Эмиттерийн давтагчтай

төсөөтэй

Source-ийн давтагч

Зохицуулагч шат болно

RS – ачаалал

RG –оролтын эсэргүүцэл

-VD

C2

C1

RG RS

+

-vo

vi VGS

МУИС, МТС Электроникийн үндэс 29

Дууны өсгүүр

Оронгийн транзисторт өсгүүрийг антенны болон эсэргүүцэл ихтэй бусад үүсгүүрийн сул дохиог өсгөхөд ихэнхдээ хэрэглэнэ

RS давхар үүрэгтэй– VGS хүчдэлийг өгөх

– Ажлын цэг тогтворжуулах

Удирдлагын тодорхойлолт шулуун биш тул их далайцтай дохиог өсгөхөд их гажна

C1

C2

CSRG RSRL

RD

-VD

vi

vo