Исследование эффекта насыщения тока стока полевого транзистора с последовательно соединенными каналами

Исследование эффекта насыщения тока стока полевого транзистора с последовательно соединенными каналами

Приведены результаты исследования динамической модуляции канала полевого транзистора с помощью второго последовательно соединенного к истоку полевого транзистора выполняющего функцию двойного затвора за счет управляемого изменения перераспределения напряжения в дополнительном управляющем p-n-переход...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2012
Hauptverfasser: Каримов, А.В., Ёдгорова, Д.М., Абдулхаев, О.А., Якубов, Э.Н., Юлдашев, Ш.Ш., Тураев, А.А.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2012
Schriftenreihe:Физическая инженерия поверхности
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101868
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Исследование эффекта насыщения тока стока полевого транзистора с последовательно соединенными каналами / А.В. Каримов, Д.М. Ёдгорова, О.А. Абдулхаев, Э.Н. Якубов, Ш.Ш. Юлдашев, А.А. Тураев // Физическая инженерия поверхности. — 2012. — Т. 10, № 4. — С. 336-341. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-101868
record_format dspace
spelling irk-123456789-1018682016-06-09T03:02:24Z Исследование эффекта насыщения тока стока полевого транзистора с последовательно соединенными каналами Каримов, А.В. Ёдгорова, Д.М. Абдулхаев, О.А. Якубов, Э.Н. Юлдашев, Ш.Ш. Тураев, А.А. Приведены результаты исследования динамической модуляции канала полевого транзистора с помощью второго последовательно соединенного к истоку полевого транзистора выполняющего функцию двойного затвора за счет управляемого изменения перераспределения напряжения в дополнительном управляющем p-n-переходе. Наведено результати дослідження динамічної модуляції каналу польового транзистора за допомогою другого послідовно з’єднаного до джерела польового транзистора виконуючого функцію подвійного затвора за рахунок керованої зміни перерозподілу напруги в додатковому керуючому p-n-переході. The results of the research of dynamic modulation of the field-effect transistor’s channel with a second field-effect transistor series connected to the source of the first one acting as a dual-gate by controlled changes in the voltage distribution in auxiliary control p-n-junction are given. 2012 Article Исследование эффекта насыщения тока стока полевого транзистора с последовательно соединенными каналами / А.В. Каримов, Д.М. Ёдгорова, О.А. Абдулхаев, Э.Н. Якубов, Ш.Ш. Юлдашев, А.А. Тураев // Физическая инженерия поверхности. — 2012. — Т. 10, № 4. — С. 336-341. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1999-8074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101868 621.383.52:535.243 ru Физическая инженерия поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Приведены результаты исследования динамической модуляции канала полевого транзистора с помощью второго последовательно соединенного к истоку полевого транзистора выполняющего функцию двойного затвора за счет управляемого изменения перераспределения напряжения в дополнительном управляющем p-n-переходе.
format Article
author Каримов, А.В.
Ёдгорова, Д.М.
Абдулхаев, О.А.
Якубов, Э.Н.
Юлдашев, Ш.Ш.
Тураев, А.А.
spellingShingle Каримов, А.В.
Ёдгорова, Д.М.
Абдулхаев, О.А.
Якубов, Э.Н.
Юлдашев, Ш.Ш.
Тураев, А.А.
Исследование эффекта насыщения тока стока полевого транзистора с последовательно соединенными каналами
Физическая инженерия поверхности
author_facet Каримов, А.В.
Ёдгорова, Д.М.
Абдулхаев, О.А.
Якубов, Э.Н.
Юлдашев, Ш.Ш.
Тураев, А.А.
author_sort Каримов, А.В.
title Исследование эффекта насыщения тока стока полевого транзистора с последовательно соединенными каналами
title_short Исследование эффекта насыщения тока стока полевого транзистора с последовательно соединенными каналами
title_full Исследование эффекта насыщения тока стока полевого транзистора с последовательно соединенными каналами
title_fullStr Исследование эффекта насыщения тока стока полевого транзистора с последовательно соединенными каналами
title_full_unstemmed Исследование эффекта насыщения тока стока полевого транзистора с последовательно соединенными каналами
title_sort исследование эффекта насыщения тока стока полевого транзистора с последовательно соединенными каналами
publisher Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate 2012
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/101868
citation_txt Исследование эффекта насыщения тока стока полевого транзистора с последовательно соединенными каналами / А.В. Каримов, Д.М. Ёдгорова, О.А. Абдулхаев, Э.Н. Якубов, Ш.Ш. Юлдашев, А.А. Тураев // Физическая инженерия поверхности. — 2012. — Т. 10, № 4. — С. 336-341. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
series Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv AT karimovav issledovanieéffektanasyŝeniâtokastokapolevogotranzistorasposledovatelʹnosoedinennymikanalami
AT ëdgorovadm issledovanieéffektanasyŝeniâtokastokapolevogotranzistorasposledovatelʹnosoedinennymikanalami
AT abdulhaevoa issledovanieéffektanasyŝeniâtokastokapolevogotranzistorasposledovatelʹnosoedinennymikanalami
AT âkubovén issledovanieéffektanasyŝeniâtokastokapolevogotranzistorasposledovatelʹnosoedinennymikanalami
AT ûldaševšš issledovanieéffektanasyŝeniâtokastokapolevogotranzistorasposledovatelʹnosoedinennymikanalami
AT turaevaa issledovanieéffektanasyŝeniâtokastokapolevogotranzistorasposledovatelʹnosoedinennymikanalami
first_indexed 2025-07-07T11:30:13Z
last_indexed 2025-07-07T11:30:13Z
_version_ 1836987516941500416
fulltext 336 УДК 621.383.52:535.243 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА НАСЫЩЕНИЯ ТОКА СТОКА ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО СОЕДИНЕННЫМИ КАНАЛАМИ А.В. Каримов, Д.М. Ёдгорова, О.А. Абдулхаев, Э.Н. Якубов, Ш.Ш. Юлдашев, А.А. Тураев Физико-технический институт НПО “Физика-Солнце” АН РУз (Ташкент) Узбекистан Поступила в редакцию 26.08.2012 Приведены результаты исследования динамической модуляции канала полевого транзистора с помощью второго последовательно соединенного к истоку полевого транзистора выполняющего функцию двойного затвора за счет управляемого изменения перераспределения напряжения в дополнительном управляющем p-n-переходе. Сравнение исходных стоковых характеристик с характеристиками полевого транзистора, управляемого падающим напряжением в канале второго транзистора показало, что предложенный процесс насыщения тока стока обусловленный расширением области объемного заряда по всей ширине затвора подтверждается, обеспечивая ярко выраженное насыщение тока стока и высокое динамическое сопротивление. Экспе- риментально показано, что коэффициент усиления полевого транзистора имеет на порядок боль- шее значение (70) по сравнению с традиционными включениями с общим истоком (5) или с динамической нагрузкой. Коэффициент усиления становится функций запирающего напряжения, и его максимальные значения достигаются при запирающем напряжении равном половине напряжения отсечки. Это обусловлено тем, что оба канала транзистора модулируются эффек- тивно до участка напряжения насыщения тока стока. Предложен экспериментальный экспресс метод определения сопротивления канала полевого транзистора. Ключевые слова: полевой транзистор, насыщение тока стока, режим включения, передаточные характеристики, коэффициент усиления. Наведено результати дослідження динамічної модуляції каналу польового транзистора за допомогою другого послідовно з’єднаного до джерела польового транзистора виконуючого функцію подвійного затвора за рахунок керованої зміни перерозподілу напруги в додатковому керуючому p-n-переході. Порівняння вихідних стокових характеристик із характеристиками польового транзистора, керованого падаючою напругою в каналі другого транзистора показало, що запропонований процес насичення струму стоку обумовлений розширенням області об’ємного заряду по всій ширині затвора підтверджується, забезпечуючи яскраво виражене насичення струму стоку й високий динамічний опір. Експериментально показано, що коефіцієнт підсилення польового транзистора має на порядок більше значення (70) у порівнянні із традиційними включеннями із загальним джерелом (5) або з динамічним навантаженням. Коефіцієнт підсилення стає функцій замикаючої напруги, і його максимальні значення досягаються при замикаючій напрузі рівному половині напруги відсічення. Це обумовлено тим, що обидва канали транзистора модулюються ефективно до ділянки напруги насичення струму стоку. Запропоновано експериментальний експрес метод визначення опору каналу польового транзистора. Ключові слова: польовий транзистор, насичення струму стоку, режим включення, передатні характеристики, коефіцієнт підсилення. The results of the research of dynamic modulation of the field-effect transistor’s channel with a second field-effect transistor series connected to the source of the first one acting as a dual-gate by controlled changes in the voltage distribution in auxiliary control p-n-junction are given. Comparison of the initial drain characteristics with characteristics of the field-effect transistor controlled by voltage drops in the channel of the second transistor showed that the proposed process of saturation of the drain current due to the expansion of the space charge across the width of the gate is confirmed, providing a marked saturation of the drain current and high dynamic resistance. It was shown experimentally that the gain of the field-effect transistor is an order of magnitude higher (70) than traditional inclusions of common-source (5) or with a dynamic load. The gain becomes a function of the reverse voltage, and maximum values are achieved with reverse voltage equal to half the cut-off voltage. This is due to the fact that both channels of the transistor are modulated effectively until the saturation voltage of the drain current. The experimental method for rapid determination of the channel resistance of the field-effect transistor is proposed.  А.В. Каримов, Д.М. Ёдгорова, О.А. Абдулхаев, Э.Н. Якубов, Ш.Ш. Юлдашев, А.А.Тураев, 2012 337ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4 ВВЕДЕНИЕ Развитие волоконно-оптических систем пере- дачи требует разработки обладающих широ- кой полосой пропускания быстродействую- щих фототранзисторов и усилительных уст- ройств, предотвращающих искажения полез- ного сигнала. Эти требования могут быть до- стигнуты за счет управляемого изменения фи- зических процессов протекающих в активной области транзисторных структур. В этом ас- пекте широкими возможностями управления параметрами обладают полевые транзисто- ры, которые являются основой любого совре- менного микропроцессора. Как было показа- но в работе [1] с учетом конструктивных и физических данных конкретной исследуемой структуры можно осуществить корреляцию расчетных кривых с реальными характерис- тиками полевого транзистора. В частности, на основе моделирования последовательных сопротивлений стока и истока в зависимости от режима включения полевого транзистора была установлена нелинейная зависимость напряжений падающих на переходах сток- затвор и затвор-исток, в отличие от класси- ческого режима включения с общим истоком, рис. 1. При этом выходные характеристики в режиме включения эквивалентного сопро- тивления (в котором создается запирающее напряжение) между затвором и истоком, в ре- зультате изменения процесса модуляции тол- щины канала, приобретали ярко выраженное насыщение тока стока. Соответственно, зави- симость тока стока от величины эквивалент- ного сопротивления определялась поочеред- ным включением сопротивлений с фиксиро- ванными значениями, что позволило устано- вить хорошую согласующуюся с эксперимен- тальной кривой квадратичную зависимость тока стока от величины эквивалентного со- противления, описываемой по формуле (1) [2]: ОТС СИ ЗИ СИ СИ,МАКС 1U IR I I � � � �= − � � � � . (1) Зависимости тока стока основного тран- зистора от запирающего напряжения и от эк- вивалентного сопротивления совпадают. При этом осуществляется более глубокая мо- дуляция толщины базовой области по срав- нению с режимом включения с общим исто- ком, что позволяет получить высокие значе- ния коэффициента усиления по току. Вместе с тем, решение проблемы снижения потреб- ляемой энергии и частотного диапазона тре- бует разработки и обращения к двухканаль- ным транзисторам с тройным затвором [3]. В настоящей работе приводятся результаты исследования динамической модуляции ка- нала полевого транзистора с помощью вто- рого полевого транзистора выполняющего функцию двойного затвора за счет управляе- мого изменения перераспределения напря- жения в дополнительном управляющем p-n- переходе, как приведено на рис. 2. Рис. 1. Напряжения, падающие на переходах сток-затвор и исток-затвор в зависимости от напряжения сток-исток при различных режимах включения. Рис. 2. Электронная схема полевого транзистора с последовательно соединенными каналами. Keywords: field-effect transistor, saturation of drain current, mode of inclusion, transmission characteristics, gain. А.В. КАРИМОВ, Д.М. ЁДГОРОВА, О.А. АБДУЛХАЕВ, Э.Н. ЯКУБОВ, Ш.Ш. ЮЛДАШЕВ, А.А.ТУРАЕВ 338 Как видно из рис. 2 канал первого транзис- тора последовательно соединен с каналом второго транзистора и напряжение, падаю- щее в канале второго транзистора, является запирающим для первого транзистора. В то- же время канал второго транзистора запира- ется собственным затвором, который приво- дит к увеличению падающего напряжения в канале, то есть запирающего напряжения пер- вого транзистора. Получается, что первый транзистор управляется двумя затворами и ток, протекающий по каналам, определяется током второго транзистора, отсечка которого определяется также напряжением отсечки второго транзистора. ИССЛЕДОВАНИЕ СТОКОВЫХ ВОЛЬТ- АМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЕ- ВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ С ПОСЛЕДОВА- ТЕЛЬНО СОЕДИНЯЕМЫМИ КАНА- ЛАМИ Для проведения исследований выбраны по- левые транзисторы с управляющим p-n-пере- ходом с напряжением насыщения 1.6 В и максимальным током стока 838 мкА, величи- на которого увеличивается с ростом рабочего напряжения до 899 мкА при 5 В. Напряжение отсечки равно 0.8 В, рис. 3а. У второго тран- зистора ток стока составляет 434 мкА при на- пряжении 1.6 В и увеличивается до 471 мкА при напряжении 5 В. Напряжение отсечки равно 0.65 В, рис. 3б. Можно заметить, что у второго транзистора ток стока и напряжение отсечки почти в два раза меньше. Анализ процессов протекающих в канале полевого транзистора, когда исток соединен к затвору через эквивалентное сопротивле- ние, то есть при двухполюсном включении независимо от величины сопротивления, показывает, что каждый раз от напряжения стока напряжение, падающее на переходе затвор-исток, увеличивается, начиная от нуля. В то время как в классическом режиме вклю- чения, старт идет от величины приложенно- го к затвору напряжения и омическое сопро- тивление канала с каждым разом увеличи- вается. Соответственно, в рассматриваемом случае сопротивление канала будет иметь меньшие значения, что приводит к уменьше- нию напряжения насыщения и более интен- сивной модуляции истоковой части канала. При этом токи, протекающие через эквива- лентное сопротивление и по каналу равны, а напряжение, падающее на сопротивлении, приводит к расширению области объемного заряда p-n-перехода затвора по всей ширине. В данном случае замена дискретного сопро- тивления с фиксированным значением на сопротивление канала управляемого напря- жением транзистора придает полученному составному транзистору (рис. 2) новые воз- можности. В результате напряжение, падаю- щее в канале дополнительного полевого тран- зистора, служит запирающим потенциалом для основного транзистора. Дополнительный транзистор будет управлять свойствами ос- новного транзистора. При нулевом смещении падающее напряжение определяется сопро- тивлением канала дополнительного транзис- тора, и он в исходном состоянии находится в запирающем режиме. В результате как по- казано на рис. 4а ток стока при нулевом на- пряжении на затворе будет соответствовать а) б) Рис. 3. Стоковые вольтамперные характеристики полевых транзисторов с последовательно соединяе- мыми каналами. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА НАСЫЩЕНИЯ ТОКА СТОКА ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО СОЕДИНЕННЫМИ ... ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4 340 удовлетворительном согласии, табл. 1, что подтверждает предложенный механизм на- сыщения тока стока в режиме подачи запи- рающего напряжения от последовательно соединенного к каналу динамического со- противления. Таким образом, путем последовательно- параллельного соединения двух полевых транзисторов по схеме рис. 2 можно опреде- лить сопротивление канала на основе изме- ренных токов и напряжений. Определенные зависимости сопротивления канала от напря- жения стока при различных напряжениях зат- вора приведены на рис. 6. ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ ОТ ЧАСТОТЫ И УРОВНЯ ВХОДНОГО СИГНАЛА Для определения коэффициента усиления на затвор второго транзистора подавали фикси- рованное постоянное напряжение меньшее напряжения отсечки канала. На переход зат- вор-исток через конденсатор подавали полез- ный сигнал от генератора звуковых сигналов ГЗ-109, а выходной сигнал снимали с вывода стока первого транзистора подключенного к источнику питания через нагрузочное сопро- тивление и фиксировали осциллографом С1-70. Рабочее напряжение на транзисторе составляло 0.812 В, а питающее напряже- ние 4.5 В. Как показано в табл. 2 коэффициент уси- ления составного транзистора составляет 60 – 70, что на порядок больше по сравнению (5), чем в каскадах с тремя транзисторами [5]. Транзистор принимает слабые переменные сигналы от 1 мВ до 10 мВ с коэффициентом усиления до 66, а при превышении входного сигнала до 250 мВ коэффициент усиления снижается до 24. При этом форма сигнала остается без изменений. Высокий коэффици- ент усиления от 60 до 36 сохраняется вплоть до 2 МГц даже при приеме слабого сигнала (1 мВ). В зависимости от величины запираю- щего напряжения коэффициент усиления приобретет максимальные значения (70) при 0.325 – 0.33 В, что соответствует половине напряжения отсечки канала. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Приведены результаты исследования дина- мической модуляции канала полевого тран- зистора с помощью второго последовательно соединенного к истоку полевого транзистора выполняющего функцию двойного затвора за счет управляемого изменения перераспреде- ления напряжения в дополнительном управ- ляющем p-n-переходе. Сравнение исходных стоковых характеристик с характеристиками полевого транзистора, управляемого падаю- щим напряжением в канале второго транзис- тора показало, что предложенный процесс насыщения тока стока обусловленный расши- рением области объемного заряда по всей ши- рине затвора подтверждается, обеспечивая ярко выраженное насыщение тока стока и вы- сокое динамические сопротивление. При этом также уменьшается напряжение насы- щения. Характеристики первого транзистора управляются вторым транзистором, что при- водит к существенному уменьшению рабо- Таблица 1 Расчетные и экспериментальные данные сопротивлений канала при различных запирающих напряжениях U2ЗИ, В U2кан, В I1СИ, мА R2кан, экспе- рим., кОм R2кан, расчет по (1), кОм 0 0.275 0.299 1.62 0.92 –0.1 0.325 0.222 2.19 1.46 –0.2 0.410 0.129 3.79 3.18 –0.3 0.5 0.060 8.21 8.33 –0.4 0.6 0.018 27.56 33.33 –0.5 0.72 0.0048 103.7 162.5 Рис. 6. Зависимости сопротивления канала от напря- жения стока при различных напряжениях затвора. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА НАСЫЩЕНИЯ ТОКА СТОКА ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО СОЕДИНЕННЫМИ ... ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4 vol. 10, No. 4 341ФІП ФИП PSE, 2012, т. 10, № 4, vol. 10, No. 4 чего напряжения и увеличению коэффициен- та усиления. Экспериментально показано, что коэффи- циент усиления полевого транзистора имеет на порядок большее значение по сравнению с традиционными включениями с общим ис- током или с динамической нагрузкой. Коэф- фициент усиления становится функций запи- рающего напряжения, и его максимальные значения достигаются при запирающем на- пряжении равном половине напряжения от- сечки. Это обусловлено тем, что оба канала транзистора модулируются эффективно до участка напряжения насыщения тока стока. Предложен экспериментальный экспресс ме- тод определения сопротивления канала поле- вого транзистора. ЛИТЕРАТУРА 1. Ёдгорова Д.М. Механизм насыщения тока стока полевого транзистора//Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2006. – № 5(65). – С. 58-61. 2. Каримов А.В., Джураев Д.Р., Ёдгорова Д.М., Рахматов А.З., Абдулхаев О.А., Кама- нов Б.М., Тураев А.А. Некоторые особеннос- ти ограничителя тока на полевом транзисто- ре//Технология и конструирование в электрон- ной аппаратуре. – 2011. – № 1-2 (90). – С. 25-27. 3. Касперски Крис. Транзисторы сегодня и зав- тра. Chip 09/2003. http://www.radioradar.net/ hand_ book/documentation/vtt.html. 4. Милехин А.Г. Радиотехнические схемы на полевых транзисторах//Энергия. – 1976. – С. 28-29. 5. Моделирование электронных характеристик силовых транзисторов и передаточных харак- теристик. www.cnaa.md/files/theses/2011/ 18230/alexandr_penin_thesis.pdf. LITERATURA 1. Edgorova D.M. Mehanizm nasyscheniya toka stoka polevogo tranzistora//Tehnologiya i kon- struirovanie v elektronnoj apparature. – 2006. – № 5 (65). – S. 58-61. 2. Karimov A.V., Dzhuraev D.R., Edgorova D.M., Rahmatov A.Z., Abdulhaev O.A., Kama- nov B.M., Turaev A.A. Nekotorye osobennosti ogranichitelya toka na polevom tranzistore//Teh- nologiya i konstruirovanie v elektronnoj appara- ture. – 2011. – № 1-2 (90). – S. 25-27. 3. Kasperski Kris. Tranzistory segodnya i zavtra. Chip 09/2003. http://www.radioradar.net/hand_ book/documentation/vtt.html 4. Milehin A.G. Radiotehnicheskie shemy na po- levyh tranzistorah//Energiya. – 1976. – S. 28-29. 5. Modelirovanie elektronnyh harakteristik silovyh tranzistorov i peredatochnyh harakteristik. www. cnaa.md/files/theses/2011/18230/alexandr_pe nin_thesis.pdf. Таблица 2 Данные коэффициента усиления при различных частотах и уровне входного сигнала в зависмости от запирающего напряжения f, Гц 1 5 10 100 1000 10000 100000 1 мГц 2 мГц Uвх, мВ Uвых, мВ 60 60 60 60 60 60 60 52 36 1 КУС 60 60 60 60 60 60 60 52 36 f, Гц 100 Uвх, мВ 1 2 4 6 8 10 50 100 250 Uвых, мВ 60 140 266 400 520 660 2.2 В 3.6 В 6 В КУС 60 70 66.5 66.6 65 66 44 36 24 f, Гц 400 UЗИ, В 0.3 0.32 0.325 0.33 0.335 0.36 0.44 0.54 0.6 2Uвх, мВ 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0.31 Uвых, мВ 22 130 140 140 130 100 80 40 2064 КУС 11 65 70 70 65 50 40 20 1037 А.В. КАРИМОВ, Д.М. ЁДГОРОВА, О.А. АБДУЛХАЕВ, Э.Н. ЯКУБОВ, Ш.Ш. ЮЛДАШЕВ, А.А.ТУРАЕВ

Ähnliche Einträge