«А»: Напряжение, которое создает канал проводимости, должно превысить некоторую величину, называемую ПОРОГОВОЙ. Может изобразить это графически?
«С»: Что мы и сделаем (см. рис. 14.8)! Вот здесь представлена УПРАВЛЯЮЩАЯ или ПЕРЕДАТОЧНАЯ характеристика некоего MOSFET с индуцированным каналом, пороговое напряжение которого (Un) равно, примерно 2 вольта. Дальше, я полагаю, можно не продолжать?
«А»: Мне до сих пор попадались только р-канальные MOSFET.
«С»: Это действительно так. Наибольшее распространение получили именно р-канальные MOSFET с индуцированным каналом типа: КП301 и КП304. Для справки: их пороговые напряжения находятся в пределах 4–5 вольт! Выходные характеристики подобны уже рассмотренным для jFET.
«Н»: Вы еще ничего не рассказали о назначении ПОДЛОЖКИ!
«С»: Действительно, МОП-приборы снабжены четвертым электродом, получившем наименование ПОДЛОЖКА. Этот электрод в схемах обычно заземляется, чтобы мог индуцироваться канал проводимости. Вообще-то встречаются схемы, где подложка играет роль второго управляющего электрода. Варьирующего крутизну MOSFET. Но, к сожалению, только в сторону уменьшения…
«А»: Мы не рассмотрели еще MOSFET со ВСТРОЕННЫМ КАНАЛОМ!
«С»: И совершенно напрасно, поскольку именно они в значительной степени «делают погоду» в схемотехнике радиоприемников! Добавим, что их возможности шире, чем у транзисторов с индуцированным каналом.
Да вот, посмотрите на рис. 14.9. Здесь представлена передаточная характеристика МОП-транзистора со встроенным n-каналом типа КП305Д.
«Н»: Выходит, что даже при Uзи = 0 В обеспечивается ток стока равный приблизительно 5 мА!
«А»: Обрати внимание на точку «А». Это и есть значение Uотс для рассматриваемого транзистора. В свою очередь точки «В» и «Д» определяют размах КВАДРАТИЧНОГО УЧАСТКА ХАРАКТЕРИСТИКИ MOSFET КП305Д. Это не передаточная характеристика, а просто мечта поэта.
«Н»: Меня немного смущает только один нюанс…
«С»: Я внимательно слушаю тебя, наш юный друг. Что за нюанс?
«Н»: Обычно, когда вы ранее упоминали, пусть вкратце, о конкретных типах транзисторов, то речь шла о типе транзистора, но не о его буквенном индексе… Но сейчас…
«С»: А ты наблюдательный человек, Незнайкин! Тебя смутило, почему я дал передаточную характеристику именно для КП305Д, а не просто для КП305?
«Н»: Да. Кстати, сколько вообще буквенных индексов у этого транзистора?
«С»: У КП305 — четыре буквенных индекса: Д; Е; Ж; И. Должен признать, Незнайкин, что ты задал очень важный вопрос. Поэтому, для ответа на него, я предлагаю вашему вниманию следующий рисунок. Ну как? Хорошо видна разница между буквенными индексами (см. рис. 14.10)?
«А»: Еще как! Но ведь это, помимо всего прочего, означает, что для большинства конкретных применений транзисторы КП305, имеющие различные буквенные индексы НЕ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМЫ!
«С»: Отличный вывод! Да, для различных индексов существует РАЗЛИЧНАЯ сфера применений. Как правило, «жонглирование» индексами эти транзисторы, как и многие другие, не допускают! А вообще это очень неплохие MOSFET, предназначенные для применения в малошумящих УВЧ в частотном диапазоне до 250 МГц!
«А»: Поскольку семейство выходных характеристик каких-либо аномалий не имеет, стоит ли их рассматривать?
«С»: Это необязательно. Но вот Что крайне важно, так это обсудить вопросы соблюдения правил безопасности при работе с MOSFET!
«Н»: Существует опасность для работающего с ними оператора?!
«С»: Напротив, именно для MOSFET! Дело в том, что в них затвор отделен от проводящего канала тонким слоем изолятора, например двуокиси кремния. Толщина этого слоя составляет, приблизительно, 100 нанометров. Для сравнения, длина волны зеленого света — 470 нанометров!
Поэтому при напряжении на затворе относительно истока, например 20 вольт, средняя величина напряженности электрического поля составляет порядка ДВУХ МИЛЛИОНОВ ВОЛЬТ НА САНТИМЕТР! Определено, что средняя величина напряженности пробоя для кристалла кварца или кварцевого стекла равна ПЯТЬ МИЛЛИОНОВ ВОЛЬТ НА САНТИМЕТР!
Современная, притом весьма совершенная, технология производства MOSFET гарантирует длительную надежную работу приборов при максимальном Uзи = 15 вольт!
«Н»: Но, если я правильно рассуждаю, в реальных схемах ведь и того не будет?
«С»: В схемах, конечно же, не будет! Но ведь MOSFET сначала нужно вынуть из упаковки, сформировать выводы, подготовить для установки в плату (или макет)…
«А»: А это делается руками и инструментом! На которых обычно накапливается заряд статического электричества, имеющий величину сотен или даже тысяч вольт!
«С»: Достаточно взять в руки MOSFET, как это электричество навсегда погубит транзистор! Ввиду электрического микропробоя слоя SiO2.
«Н»: Ничего себе! А как же быть?
«С»: Смотри, вот новенький КП305! Обрати внимание, что на его выводы надето предохранительное кольцо, которое обеспечивает закоротку ВСЕХ четырех выводов транзистора, т. е. стока, истока, затвора, и подложки. Теперь смотри, я слегка сдвигаю колечко вниз. Затем беру небольшой кусочек неизолированного тонкого медного проводника, в качестве которого можно использовать одну из жил обыкновенного монтажного провода. Обматываю выводы MOSFET между корпусом транзистора и предохранительным кольцом… Затем удаляю кольцо…
«А»: Теперь можно спокойно, использовав руки и инструмент, запаять MOSFET в схему и только ПОСЛЕ ЭТОГО удалить проводок! Просто и без затей.
«С»: Я в своей практике использовал этот прием сотни раз! MOSFET остаются неповрежденными и работают хорошо и надежно долгие годы!
«А»: Но может случиться так, что в конкретной схеме нас не устроит даже крутизна, равная 10 мА/В?
«С»: Да сколько угодно! В схемотехнике радиоприемников это тоже случается. На сей случай имеются мощные МОП-транзисторы (PMOS FET), крутизна которых значительно выше. Например, КП902, КП905 и т. д. Эти структуры имеют крутизну S порядка 100 мА/В!
«Н»: А в нашем радиоприемнике PMOS FET найдут применение?
«С»: Как сказал товарищ Саахов: «а вот там увидим, да?»
«А»: Ну, а что следует знать о шумовых свойствах JFET и MOSFET?
«С»: Вообще полевые транзисторы имеют значительно меньшие уровни шумов, чем биполярные. Хотя, в то же время, для них характерно НЕСКОЛЬКО шумовых факторов. Это, прежде всего, температурные (термические) шумы, источником которых является внутреннее сопротивление канала.
Полезно запомнить, что эти шумы, при прочих равных условиях, тем меньше, ЧЕМ БОЛЬШЕ КРУТИЗНА S! Затем — дробовая составляющая входного шумового тока, которая пропорциональна току утечки затвора.
«А»: То есть, чем меньше утечка затвора, тем меньше и шум!
«С»: Один из путей ее уменьшения — понижение напряжения сток — затвор. Затем имеются еще, так называемые, МЕРЦАЮЩИЕ шумы вида 1/f.
Они более характерны для MOSFET и менее характерны для jFET. Отсюда следует очень важный практический вывод: jFET самые малошумящие в низкочастотной области, a MOSFET по самой своей сути — высокочастотный прибор.
«А»: А может продолжим наш справочник, занеся в него технические характеристики и биполярных, и полевых транзисторов, которые предполагается использовать в нашем радиоприемнике?
«С»: Обязательно! Но они заслуживают того, чтобы завести для этой цели особое ПРИЛОЖЕНИЕ (см. Глава 30).
