Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
155
5. Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
5.1 Tranzistorul cu efect de câmp cu poartă joncţiune (TECJ)
Tranzistoarele cu efect de câmp sunt dispozitive semiconductoare
unipolare, în procesele de conducţie participând un singur tip de purtători de
sarcină: fie electroni, fie goluri. Curentul electric prin aceste dispozitive este
comandat de un câmp electric aplicat canalului semiconductor prin care
trece curentul. Denumirea prescurtată este TEC (tranzistor cu efect de
câmp), sau FET (engl. Field Effect Tranzistor).
Tranzistorul cu efect de câmp cu poartă joncţiune, TECJ sau JFET
(engl. Junction Field Effect Tranzistor), are structura prezentată în fig. 5.1.
Fig. 5.1 Schema simplificată a unui tranzistor TECJ cu canal n
Este construit dintr-un cristal semiconductor în care se realizează
prin dopare un canal conductor prevăzut la capete cu contacte ohmice pentru
conectarea în circuitul extern a sursei de alimentare şi un electrod de
comandă al curentului prin canal. Contactele de la capete se numesc: sursă,
S, electrodul prin care purtătorii pătrund în canal şi drenă, D, electrodul prin
care purtătorii sunt evacuaţi din canal. Canalul poate fi de tip n sau p, după
cum s-a realizat doparea semiconductorului astfel încât purtătorii de sarcină
mobili pot fi electronii şi respectiv golurile, existând astfel tranzistoare
TECJ cu canalul n şi TECJ cu canal p. Schimbarea conductanţei canalului se
realizează prin câmpul electric creat de tensiunea aplicată pe al treilea
electrod numit poartă sau grilă , G.
În fig. 5.2 se prezintă structura fizică pentru un TECJ realizat în
tehnologie planară.
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
156
Fig. 5.2 Structura fizică a unui tranzistor TECJ cu canal n în tehnologie
planară
Pe cristalul semiconductor care constituie substratul sau baza şi care
este dopat astfel încât să fie p+, se realizează succesiv prin dopare o regiune
tip n, care constituie canalul şi din nou o regiune p+ care constituie grila G1.
La capetele canalalului se depun contactele ohmice care devin sursa S şi
drena D. Substratul p+ (baza) are un terminal de control G2 similar cu grila
G1. Între porţi şi canal se formează joncţiuni p+n puternic asimetrice. În cele
mai multe cazuri, G1 şi G2 sunt legate împreună în interiorul tranzistorului
astfel încât acesta are un singur terminal de control al curentului G.
Pentru analiza funcţionării se foloseşte modelul din fig. 5.3 în care
drena şi sursa sunt aşezate la capetele cristalului, acesta prezentând o
simetrie axială.
Fig. 5.3 Model de funcţionare pentru TECJ cu canal n
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
157
Aplicând pe drenă o tensiune pozitivă în raport cu sursa, electronii se
vor deplasa prin canal de la sursă la drenă dând naştere curentului de drenă
ID. Lărgimea canalului şi deci conductanţa acestuia este comandată de
lărgimea regiunii de trecere a joncţiunii p+n polarizate invers care se întinde
mai mult în regiunea n. Astfel TECJ se comportă ca un rezistor comandat în
tensiune.
Fig. 5.4 Funcţionarea TECJ în diferite regimuri de curent
În modelul din fig. 5.4 TECJ este conectat în montaj sursă comună
(SC).
În lipsa tensiunilor externe (VG= 0 şi VD= 0), regiunea de trecere are
aceeaşi lărgime în lungul canalului, întinzându-se mai mult în partea n, şi
reducând într-o mică măsură lărgimea canalului (fig. 5.4a).
Aplicând o tensiune negativă pe grila G şi neavând aplicată tensiune pe
drenă (VD= 0) regiunea de trecere se măreşte, rămânând constantă în lungul
canalului şi îngustându-l
Dacă VG = 0, iar pe drenă se aplică o tensiune pozitivă, prin canal se
stabileşte un curent de drenă ID care provoacă o cădere de tensiune în lungul
canalului, tensiunea de polarizare inversă variază cu distanţa fiind maximă
în vecinătatea drenei unde şi lărgimea regiunii de trecere este maximă (fig.
5.4b). Dacă se măreşte tensiunea de drenă se poate produce închiderea
canalului lângă drenă, fapt care provoacă saturaţia curentului. Tensiunea de
drenă corespunzătoare saturaţiei se notează VDSat. În acest caz tensiunea
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
158
dintre drenă şi poartă (VG= 0, grila se consideră legată la sursă), se numeşte
tensiune de penetraţie totală sau de prag Vp.
Aplicând pe grilă tensiuni negative de ordinul volţilor, iar pe drenă
valori pozitive crescătoare, la o anumită valoare a tensiunii de drenă VDSat,
regiunile de trecere se unesc în apropierea drenei închizând canalul (fig.
5.4c). Dacă se creşte în continuare VD, penetraţia totală se obţine pe o
regiune mai mare, punctul P0 deplasându-se către sursă (fig.5.4d). Curentul
de drenă devine constant şi egal cu IDS. Pentru a explica faptul că ID rămâne
constant la VD>VDSat , când normal ar trebui să devină zero, în lucrarea [10]
se consideră că unirea regiunilor de sarcină spaţială nu este totală şi că lasă
un canal extrem de îngust în care rezistenţa ohmică şi intensitatea câmpului
au valori foarte ridicate, conducând la o valoare constantă a curentului.
La tensiuni de drenă care depăşesc VDMAX se produce străpungerea
electrică a canalului şi curentul creşte brusc.
În fig. 5.5 sunt prezentate caracteristicile de ieşire ale unui TECJ:
ctVDD GVfI (5.1)
Curba punctată din fig. 5.5 separă regiunea nesaturată I de regiunea
saturată II; valoarea tensiunii de saturaţie VDS depinde de tensiunea grilei,
VG. La creşterea tensiunii VG, regimul de saturaţie intervine la tensiuni de
drenă tot mai mici. Condiţia de saturaţie se obţine la:
PGDSat VVV (5.2)
Pentru o tensiune de drenă dată, creşterea tensiunii de grilă conduce
la scăderea curentului, iar la VG=VPT curentul de drenă devine zero, canalul
devenind blocat pe întreaga lungime.
Fig. 5.5 Caracteristici statice de ieşire la un TECJ
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
159
5.2 Curentul în tranzistorul TECJ cu canal dopat uniform
Pentru a face un studiu analitic al TECJ se presupun satisfăcute
următoarele ipoteze simplificatoare:
a. grilele G1 şi G2 sunt conectate împreună şi fiind identice crează o
structură simetrică în raport cu centrul canalului;
b. concentraţia impurităţilor în canal este mult mai redusă ca în regiunile
grilelor formându-se astfel joncţiuni p+n abrupte;
c. mobilitatea purtătorilor în canal este constantă şi nu depinde de
intensitatea câmpului electric;
d. funcţionează aproximaţia graduală în care se admite că având lărgimea
tehnologică 2a, canalul prezintă două regiuni; 1)- regiunea de sarcină
spaţială în limitele căreia se poate considera pentru câmpul electric doar
componenta transversală, Ex, zona haşurată din fig. 5.6); şi 2)- regiunea de
conducţie în care câmpul electric are componentă longitudinală, Ey. Această
aproximaţie se poate aplica numai dacă lărgimea regiunilor de trecere
variază lent în lungul axei y . Tensiunea totală de polarizare inversă a
joncţiunii p+n se notează cu Vi(y) şi este variabilă cu distanţa, având
expresia:
yVVyV CGi (5.3)
unde VC(y) reprezintă căderea de tensiune în lungul canalului între sursă şi
un punct arbitrar.
Fig. 5.6 Aproximaţia graduală la TECJ
Lărgimea regiunii de trecere la o joncţiune abruptă ideală şi
asimetrică este [1]:
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
160
21
2
D
bi
qN
VyVx
(5.4)
unde Vb este potenţialul de barieră.
Pentru cazul modelului gradual se poate scrie:
21
21
1
202
D
bG
D
bi
qN
VV
qN
VVx
(5.5)
21
21
2
22
D
bDG
D
bi
qN
VVV
qN
VLVx
(5.6)
La un TECJ cu canal n în conexiune sursă comună (SC), tensiunea
de drenă este pozitivă, iar VG şi Vb sunt negative; deci tensiunea totală
existentă la limitele regiunii de trecere este dată de suma celor trei tensiuni.
Dacă în (5.6) impunem condiţia de închidere a canalului x2= a , la
VD = 0 se obţine valoarea de prag a tensiunii de grilă.
2
2a
qNVVV D
bPPO
(5.7)
Se poate scoate:
bPOP VVV (5.8)
VPO se numeşte tensiune de închidere, iar în multe aplicaţii se consideră
VP VPO, deoarece Vb are valori de ordinul 0,15 ÷ 0,3V, iar VPO de ordinul
a 10V.
În TECJ purtătorii au o mişcare datorată câmpului electric,
densitatea curentului fiind dată de legea lui Ohm:
yxEyjy , (5.9)
În baza aproximaţiei graduale expresia (5.9) se rescrie în forma:
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
161
dy
ydVxNqEyj C
nyy (5.10)
unde mărimea N(x) reprezintă concentraţia transversală a impurităţilor în
canal. Aria transversală a canalului este:
ZybA 2 (5.11)
Presupunând o dopare uniformă a canalului cu impurităţi, curentul
de drenă are expresia:
dy
ydVNZqybI C
DnD 2 (5.12)
Din (5.4) se poate determina prin neglijarea lui Vb≪VB şi (5.7)
expresia lui b(y):
21
1p
CG
V
yVVaxayb (5.13)
Dacă se introduce (5.13) în (5.12) şi se efectuează integrarea între
limitele: y = 0, VC(0) = 0 şi y = L, VC(L) = VD rezultă:
23
23
21
3
22GDG
P
DDn
D VVVV
VL
aNZqI
(5.14)
Expresia (5.14) este aplicabilă regimului nesaturat când:
PDG VVV (5.15)
La tensiuni de drenă mici se presupune că lărgimea efectivă a
canalului nu variază semnificativ cu distanţa şi este dată de tensiunea
aplicată grilei. Astfel (5.13) devine:
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
162
21
1P
G
V
Vab (5.16)
iar câmpul electric în canal este constant:
L
VE D
y (5.17)
Curentul de drenă capătă expresia:
21
12
P
ODDnD
V
V
L
VNZaqI
(5.18)
care indică o dependenţă liniară a curentului de tensiunea de drenă. Când
VG= VP curentul devine zero.
La atingerea egalităţii în relaţia (5.15) prin variaţia lui VG sau VD,
canalul se închide în apropierea drenei. Pentru un VG dat, tensiunea de drenă
care satisface egalitatea se numeşte tensiune de saturaţie, VDSat; curentul de
drenă corespunzător se numeşte curent de saturaţie, IDSat. În regimul de
saturaţie aproximaţia graduală nu mai este valabilă. Se constată că ID
rămâne constant după depăşirea lui VDSat, având aceeaşi valoare ca la
atingerea condiţiei:
PGDSatD VVVV (5.19)
introducând (5.19) în (5.14) se obţine:
23
231P
G
P
GDSODS
V
V
V
VIatI (5.20)
unde:
L
VNZaqI PDn
DSO3
2 (5.21)
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
163
reprezintă curentul de drenă în regimul de saturaţie când tensiunea pe grilă
este nulă.
Pentru regiunea de saturaţie se foloseşte o expresie de calcul a
curentului de forma [1]:
n
P
GDSODSat
V
VII
1 (5.22)
unde n = 1,9÷2,5 (de cele mai multe ori se ia valoarea 2).
În tabelul 5.1 sunt prezentate caracteristicile principale ale
tranzistorului cu efect de câmp cu poartă joncţiune şi cu canal n, tip BF
245C-PHILIPS.
Tabelul 5.1 Caracteristici principale ale tranzistorului TECJ BF 245C
Mărimea Condiţii de test Valori
min max UM
VD,Tensiune drenă-
sursă ± 30 V
VG, Tensiune grilă-
sursă 0DV -30 V
ID, Curent de drenă 12 25 mA
V(BR)G,Tensiune de
străpungere grilă-
sursă
0,1 DG VAI -30 V
VGOFF, Tensiune de
tăiere grilă-sursă VVnAI DSD 15,10 -0,25 -8,0 V
IG, Curent de grilă CTVVV
CTVVV
jDG
jDG
125;0,20
25;0,20
-
-
-5,0
-0,5
nA
μA
Ptot, Putere totală
disipată CTa
75 300 mW
Tstg, Temperatură
de stocare -65 +150 ºC
Cis, Capacitate de
intrare
MHzfVVVV GD 1,1,20
4 pF
Crs, Capacitate de
reacţie MHzfVVVV GD 1,1,20 1,1 pF
Cos, Capacitate de
ieşire MHzfVVVV GD 1,1,20 1,6 pF
fg, Frecvenţă de
tăiere 0,15 GD VVV 700 MHz
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
164
5.3 Caracteristicile statice ale TECJ
În regim de funcţionare normală joncţiunea poartă-canal este
polarizată invers şi curentul de intrare poate fi considerat nul. De aceea
caracteristicile de interes sunt: de ieşire şi de transfer. Conexiunea cea mai
des utilizată pentru TECJ este sursă comună (SC), la care se va face referire
în continuare.
În fig. 5.7 este prezentată schema de trasare a caracteristicilor statice.
Fig. 5.7 Schema pentru trasarea caracteristicilor statice la TECJ
a. Familia caracteristicilor de ieşire:
ctVDD GVfI (5.23)
În fig. 5.8 sunt date caracteristicile de ieşire ale tranzistorului BF
245C produs de PHILIPS SEMICONDUCTORS.
Notă importantă: Pe caracteristicile de catalog prezentate in continuare
notaţia VDS semnifică tensiunea de drenă in montaj sursă comuna (SC.) La
fel si tensiunea VGS semnifică tensiunea de grilă în acelaşi tip de montaj.
La tensiuni de drenă mai mici (sub 0,5V) între curentul de drenă ID şi
tensiunea drenă-sursă, VD, există o dependenţă liniară (5.18),
caracteristicile fiind drepte care trec prin origine şi a căror pantă depinde
de tensiunea grilă - sursă (VG). La tensiuni de drenă mai mari (peste 6V)
TECJ este saturat, curentul de drenă, ID, fiind efectiv comandat de
tensiunea grilă-sursă, VG. Caracteristicile de ieşire nu sunt echidistante.
Ele se îndesesc pe măsură ce VG se apropie de VP.
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
165
Fig. 5.8 Caracteristici de ieşire la tranzistorul BF 245C
Există deosebiri între caracteristicile reale ale TECJ şi cele estimate
prin modelul prezentat anterior. În fig. 5.9 sunt evidenţiate calitativ
aceste diferenţe. Ele se pot justifica prin utilizarea modelului fizic al
TECJ în care se introduc două rezistenţe structurale rS şi rD. 7.
Fig. 5.9 Caracteristici de ieşire reale şi teoretice la TECJ
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
166
rs este rezistenţa de volum a regiunii dintre contactul ohmic al sursei şi
capătul canalului, iar rd este rezistenţa de volum între drenă şi celălalt
capăt al canalului. Aceste două regiuni nu sunt comandate de câmpul
electric aplicat. Valorile celor două rezistenţe sunt de 50-150ohm.
Influenţa lor asupra căderilor de tensiune din dispozitiv este mare şi
schimbă forma caracteristicilor reale. În regiunea nesaturată panta
caracteristicilor reale este mai mică deoarece apar căderi de tensiune
suplimentare pe ansamblul rs+rd. În regiunea de saturaţie curentul de
drenă suferă o uşoară creştere şi are o valoare mai mică decât cea
calculată datorită căderii de tensiune pe rs+rd şi efectului de scurtare a
canalului cu tensiunea de drenă, fapt care produce o scădere a rezistenţei
canalului.
Fig. 5.10 Model fizic care explică rezistenţele de volum suplimentare la
TECJ
b. Familia caracteristicilor de transfer:
ctVGD DVfI (5.24)
Se trasează pentru regimul de saturaţie unde curentul de drenă este
slab influenţat de tensiunea drenă-sursă. De aceeea în practică se lucrează pe
o singură caracteristică dată de obicei la tensiunea nominală drenă-sursă.
În fig. 5.11 se prezintă caracteristica de transfer a tranzistorului BF
245C la tensiunea drenă-sursă de 15V.
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
167
Fig. 5.11 Caracteristica de transfer a tranzistorului BF 245C
La tensiuni de grilă negative mici caracteristica de transfer poate fi
considerată liniară. La tensiuni apropiate de VP caracteristica devine
neliniară având panta variabilă.
În fig. 5.12 se prezintă variaţia rezistenţei drenă-sursă în conducţie în
funcţie de tensiunea grilă-sursă pentru tranzistorul BF245 în cele trei
variante ale sale. Una din aplicaţiile de interes ale TECJ este utilizarea ca
rezistor comandat în tensiune.
Fig. 5.12 Variaţia rezistenţei drenă-sursă la tranzistorul BF245 în funcţie
de tensiunea de comandă grilă-sursă
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
168
5.4 Parametrii de semnal mic şi schema echivalentă TECJ
Considerând tranzistorul într-un punct static, PSF (VGQ,VDQ,IDQ) se
calculează diferenţiala totală a curentului de drenă:
D
D
DG
G
DD dV
V
IdV
V
IdI
(5.25)
Se definesc:
1) Transconductanţa (panta tranzistorului); gm:
1
AVg
V
Ig
SIm
G
Dm
(5.26)
2) Conductanţa de drenă, (conductanţa de ieşire), gd:
1
AVg
V
Ig
SId
D
Dd
(5.27)
Se utilizează şi rezistenţa de ieşire:
1
dd gr (5.28)
3) Factorul de amplificare în tensiune, :
G
D
V
V
(5.29)
între parametrii gm, gd şi există relaţia:
dm
d
m rgg
g (5.30)
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
169
4) Conductanţa diferenţială de intrare, ggs:
G
Ggs
V
Ig
(5.31)
Joncţiunea grilă-canal fiind polarizată invers, conductanţa are valori
foarte scăzute (rgs = ggs-110
9Ω) şi se neglijează în schemele echivalente.
5) Capacităţile TECJ. Cele mai importante sunt capacităţile grilă-
canal Cgs, şi grilă-drenă Cgd. De obicei ele includ şi capacităţile dintre
terminale. Există şi o capacitate drenă-sursă, Cds care caracterizează
comportarea diferenţială a regiunii saturate în funcţionarea TECJ. Porţiunea
deschisă a canalului se modelează printr-un circuit RcCc.
Presupunând semnale mici (vezi cazul tranzistorului bipolar în
regim de semnal mic - cap. 4.7), se consideră TECJ element liniar, fapt care
permite trecerea de la diferenţiale, la creşteri finite care pot fi scrise sub
forma valorilor instantanee ale componentelor alternative:
dsdgsmd vgvgi (5.32)
Schema echivalentă completă de semnal mic pentru TECJ este
prezentată în figura 5.13. S-au introdus şi inductanţele legate de prezenţa
terminalelor. Frecvenţa limită este condiţionată în special de capacitatea
grilă-sursă, CgS şi de transconductanţa gm.
gS
m
in
mC
gf
22
1 (5.33)
Fig. 5.13 Schema echivalentă a TECJ la semnal mic
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
170
Luând în considerare valorile reale ale mărimilor din schema
echivalentă completă, aceasta poate fi simplificată şi adusă la forma din fig.
5.14.
Fig. 5.14 Schema echivalentă a TECJ la semnal mic şi frecvenţe joase
5.5 Tranzistorul cu efect de câmp cu poartă izolată (TECMIS)
În fig. 5.15 se prezintă structura unui tranzistor TECMIS (Tranzistor
cu efect de câmp cu structură metal-izolator semiconductor). Într-un
eşantion semiconductor cu dopare medie tip p, se realizează două regiuni
puternic dopate n+ deasupra cărora se depun contacte ohmice care devin
sursa (S) şi drena (D). Între drenă şi sursă există o regiune de semiconductor
care constituie canalul tranzistorului. Pe suprafaţa acestuia se depune un
strat de izolator, deasupra căruia se realizează un strat metalic subţire care
devine poarta sau grila dispozitivului. La cele mai multe tranzistoare ca
izolator se folosesc oxizi (la componentele cu siliciu, SiO2). Tehnologiile
utilizate sunt cel mai des planare.
La TECMIS conducţia curentului se face la suprafaţa semiconductorului,
canalul conductor fiind foarte subţire. După modelul de formare al canalului
conductor în tranzistor există două variante:
1. TECMIS cu canal indus (fig. 5.16, a). Dacă se aplică o tensiune
pozitivă între grilă şi sursă (VG) de ordinul volţilor, golurile din
apropierea suprafeţei vor fi împinse în substrat, iar electronii minoritari
din substrat vor fi atraşi la suprafaţă formând un strat de tip n. Se
formează un strat de inversiune care asigură conducţia. Dacă se aplică
tensiune între drenă şi sursă apare curentul de drenă ID. Curentul de
drenă va creşte odată cu creşterea tensiunii VG, care va mări concentraţia
electronilor din canal.
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
171
Polarităţile tensiunilor de lucru la TECMIS cu canal indus se aleg
astfel încât să se asigure formarea unui strat de inversiune (VG 0 la
substrat tip p) şi polarizarea inversă a joncţiunilor drenă-substrat şi sursă-
substrat (VD 0 la substrat tip n şi VD 0 la substrat tip p).
a) b)
Fig. 5.15 Structura unui tranzistor TECMIS tip n:
a) secţiune transversală; b) vedere dinspre terminale
a) b)
Fig. 5.16 Variante posibile de TECMIS cu substrat p:
a) cu canal indus; b) cu canal iniţial
În fig. 5.17 sunt date caracteristicile tipice pentru TECMIS cu canal
indus de tip n. La tensiuni de drenă mici tranzistorul se comportă ca o
rezistenţă comandată de tensiunea VG. La tensiuni de drenă mai mari se
atinge regimul de saturaţie în care curentul de drenă nu mai depinde de
tensiunea de drenă.
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
172
a b
Fig. 5.17 Caracteristici statice tipice la TECMIS cu canal indus de tip n:
a- caracteristici de ieşire; b- caracteristici de transfer
2. TECMIS cu canal iniţial (Fig. 5.16, b). La acest tranzistor canalul
conduce chiar la VG = 0. În cazul unui tranzistor cu canal tip n o tensiune
pozitivă aplicată grilei va provoca o creştere a numărului de electroni şi deci
o creştere a curentului de drenă. Dacă la acelaşi tip de tranzistor tensiunea
de grilă devine negativă, conducţia curentului se va micşora iar curentul de
drenă va scădea. Polaritatea tensiunilor la TECMIS cu canal iniţial impune
aceleaşi condiţii de polarizare inversă a joncţiunilor drenă-substrat în timp
ce între grilă şi sursă pot fi aplicate atât tensiuni negative cât şi pozitive.
În fig. 5.18 sunt date caracteristicile tipice ale unui tranzistor
TECMIS cu canal iniţial.
a b
Fig. 5.18 Caracteristici statice tipice la TECMIS cu canal iniţial de tip n:
a- caracteristici de ieşire ; b- caracteristici de transfer
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
173
În fig. 5.19 sunt prezentate variantele posibile de TECMIS cu
polarizările necesare funcţionării şi simbolurile utilizate.
Fig. 5.19 Variante posibile de TECMIS cu polarizările necesare funcţionării
şi simbolurile acestora
5.6 Tranzistorul cu efect de câmp cu poartă metal-oxid
semiconductor (TECMOS) cu canal indus
În cele mai multe cazuri în dispozitivele fabricate din siliciu
izolatorul este realizat dintr-un strat de oxizi, obţinându-se o structură MOS
(Metal-Oxid-Semiconductor). Tranzistoarele astfel construite se numesc
TECMOS (sau în engleză MOSFET; Metal-Oxid-Semiconductor Field
Effect Tranzistor). Particularitatea cea mai interesantă este rezistenţa de
intrare foarte mare care ajunge la 1015
Ω. Se consideră tranzistorul MOS din
fig. 5.20 unde pe grilă este aplicată o tensiune VG suficientă pentru a forma
un strat de inversiune puternic între sursă şi drenă în timp ce tensiunea pe
drenă este mică VDVG. Prin canal va circula un curent, în lungul acestuia
existând o cădere de tensiune. Fiecare secţiune a canalului este caracterizată
de tensiunea VC(y). Tensiunea efectivă dintre poartă şi canal VGC, mărime
care determină intensitatea câmpului electric transversal în izolator, este
variabilă cu distanţa. Lărgimea canalului scade de la sursă spre drenă. Se pot
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
174
face următoarele ipoteze simplificatoare care permit efectuarea calculelor ce
conduc la expresia analitică a curentului de drenă:
a) mobilitatea purtătorilor în canal nu depinde de intensitatea câmpului
electric;
b) izolatorul dintre poartă şi canal este ideal şi se consideră doar existenţa
sarcinilor pozitive fixe de la interfaţa izolator-substrat de densitate QSS;
c) toate sarcinile induse la suprafaţa semiconductorului de către VG şi QSS
sunt mobile;
d) concentraţia impurităţilor acceptoare din substrat este constantă şi se
consideră că substratul are o grosime foarte mare;
e) în izolator câmpul electric are numai componentă transversală Ex, iar în
canal numai componentă longitudinală Ey - aceasta ipoteză reprezintă
aproximaţia graduală;
f) curentul de drenă este datorat mişcării de drift a electronilor în lungul
canalului, se neglijează curenţii de difuzie şi procesele de generare-
recombinare.
Fig. 5.20 Model pentru calculul curentului de drenă la TECMOS cu canal
indus
Expresia densităţii de curent în canal este:
ync Eqnyxj , (5.34)
unde nc reprezintă concentraţia electronilor în canal iar n mobilitatea
acestora. Ştiind adâncimea canalului (Z), curentul de drenă poate fi scris în
forma:
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
175
Cx
D dxyxjZI0
, (5.35)
Este convenabil să se determine curentul de drenă în următoarele
cazuri pariculare :
1. Tensiuni de drenă reduse ( GD VV ). Trebuie introdusă
tensiunea de prag VP ca fiind tensiunea minimă care trebuie aplicată pe
poartă pentru formarea incipientă a stratului de inversiune în substratul
semiconductor la interfaţa cu izolatorul. Experimental s-a observat că în
stratul de SiO2 la interfaţa cu Si se acumulează o sarcină pozitivă care
produce în cazul TECMOS cu canal n (substrat tip p) un canal indus chiar la
VG= 0, astfel încât ID va fi diferit de zero. Pentru a anula curentul de drenă
este necesară aplicarea unei tensiuni negative pe poartă VP. Pentru tensiuni
de poartă negative cuprinse între 0 şi VP tranzistorul funcţionează în regim
de strat sărăcit, iar pentru tensiuni de poartă pozitive funcţionează în regim
cu strat de inversiune (îmbogăţit).
În cazul tensiunilor de drenă foarte mici se presupune că tensiunea
poartă-canal este constantă pe întreaga lungime a canalului:
PGGC VVV (5.36)
deci câmpul electric transversal:
i
GCx
x
VE (5.37)
este independent de y; xi este grosimea izolatorului.
Câmpul longitudinal se aproximează ca:
L
VE D
y (5.38)
Ţinând cont de (5.38), (5.34) şi (5.35) se poate scrie:
cx
cD
nD dxqnL
VZI
0
(5.39)
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
176
Pe baza legii lui Gauss:
cx
xinc EyQdxqn0
(5.40)
Qn(y) este concentraţia pe unitate de suprafaţă a electronilor din stratul de
inversiune. i este permitivitatea electronică a izolatorului.
Se obţine expresia curentului de drenă la tensiuni reduse:
DPG
i
inD VVV
Lx
ZI
(5.41)
care indică o dependenţă liniară.
2. Tensiuni de drenă comparabile cu tensiunea de grilă
( PGD VVV ). Prin trecerea curentului ID în canal apare o cădere de
tensiune VC(y), şi atât câmpul transversal cât şi cel longitudinal vor suferi o
variaţie.
iCPGx xyVVVyE / (5.42)
dy
ydVyE C
y (5.43)
Din legea lui Gauss se poate scrie:
i
x
CPGinc xyVVVyQdxqnc
/0
(5.44)
Folosind ultimile trei relaţii curentul de drenă se poate scrie:
dy
ydVyZQdxqn
dy
ydVZI C
nn
x
cC
nD
c
0
(5.45)
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
177
ydVyVVVx
ZdyI CCPG
V
i
in
L
D
D
00
(5.46)
Se obţine:
2
2
DDPG
i
inD
VVVV
Lx
ZI
(5.47)
Această expresie a curentului descrie porţiunea de neliniaritate
pronunţată a caracteristicii până la intrarea în saturaţie.
3. Tensiuni de drenă de valori mari PGD VVV . Este cazul
funcţionării în regim de saturaţie. Câmpul electric Ex şi concentraţia Qn(y)
devin zero dacă PG VV . La fel şi în cazul unor tensiuni de drenă suficient
de mari; mărimile Ex(y), xc şi Qn(y),pot deveni zero în apropierea drenei.
Din relaţia (5.44) rezultă că dacă Ex(L) = 0 şi Qn(L) = 0, atunci:
DSPGC VVVLV )( (5.48)
VDS reprezintă tensiunea de saturaţie. Când este satisfăcută condiţia (5.48)
stratul de inversiune dispare lângă drenă şi are loc gâtuirea canalului, fapt
exprimat prin Qn(L) = 0. La tranzistorul real Qn(L) nu este zero pentru că
există curent la atingerea VDS. Există o rezistenţă de valoare mare a
canalului în imediata apropiere a drenei.
Curentul se obţine introducând (5.48) în (5.47):
22)(
2PGSOPG
i
inDS VVKVV
Lx
ZI
(5.49)
K0 este o constantă care depinde de tranzistor.
5.6.1 Caracteristici statice ale TECMOS cu canal indus
În cazul TECMOS interesează caracteristicile de ieşire şi cele de
transfer. În fig. 5.21 sunt prezentate caracteristicile de ieşire la tranzistorul
BSH 103.
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
178
ctVDD GVfI (5.50)
Fig. 5.21 Caracteristici de ieşire ale TECMOS cu canal n indus BSH 103
La tensiuni de drenă foarte mici ID depinde liniar de VD, urmează
apoi porţiunea neliniară a caracteristicilor, iar după aceasta regiunea de
saturaţie în care canalul se închide. Valorile curentului în cele trei cazuri
sunt descrise de expresiile analitice găsite în secţiunea precedentă. Păstrând
constantă rata de creştere a tensiunii de poartă,VG, caracteristicile de ieşire
nu sunt echidistante deoarece între ID şi VG există o dependenţă pătratică. În
majoritatea calculelor care se fac pentru utilizarea TECMOS în montaje de
amplificare se consideră că în regiunea saturată caracteristicile sunt paralele.
Al doilea tip de caracteristici de interes sunt cele de transfer:
ctVGD DVfI (5.51)
În fig. 5.22 este dată caracteristica de transfer a aceluiaşi tranzistor
tip BSH 103 la o tensiune VVD 10 .
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
179
Fig. 5.22 Caracteristica de transfer la TECMOS cu canal n indus, BSH 103
Regimul normal de funcţionare al TECMOS fiind cel de saturaţie, ca
urmare a influenţei slabe a tensiunii VD asupra curentului ID, caracteristicile
de transfer (luate la diferite tensiuni de drenă) sunt foarte apropiate, în
practică folosindu-se una singură ca în fig. 5.22. Pe caracteristica de transfer
se poate observa şi valoarea tensiunii de prag, VP. De obicei sunt date
curentul de drenă maxim şi tensiunea de poartă corespunzătoare.
Fig. 5.23 Montaj pentru trasarea caracteristicilor statice la TECMOS tip n
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
180
5.7 Tranzistorul cu efect de câmp cu poartă metal oxid
semiconductor TECMOS, cu canal iniţial
Structura TECMOS cu canal iniţial este asemănătoare cu cea a
TECMOS cu canal indus prezentată în paragraful 5.6. Deosebirea constă în
doparea zonei canalului care permite conducţia şi la tensiune VG = 0. Să
presupunem acelaşi tip de canal ca în consideraţiile precedente şi anume tip
n.
La tensiuni VG = 0 între sursă şi drenă circulă un curent important de
purtători majoritari deoarece conductanţa canalului dopat n este diferită de
zero. Dacă se aplică pe poartă tensiuni negative, electronii vor fi împinşi din
canal unde ia naştere un strat sărăcit, adică o regiune de sarcină spaţială
pozitivă formată din ioni donori. Se produce micşorarea conductanţei
canalului. La atingerea pe grilă a tensiunii de prag VP, conductanţa canalului
devine zero, curentul de drenă devenind nul.
Aplicând pe poartă tensiuni pozitive TECMOS cu canal iniţial
funcţionează în regim cu strat îmbogăţit. În regiunea canalului sunt atraşi
electroni suplimentari care măresc conductanţa acestuia provocând creşterea
curentului de drenă.
În fig. 5.24 sunt prezentate caracteristicile statice de ieşire şi transfer
pentru un tranzistor TECMOS cu canal iniţial de tip n.
Fig. 5.24 Caracteristici statice tipice pentru un TECMOS cu canal
iniţial tip n : a) caracteristici de ieşire; b) caracteristica de
transfer la tensiunea de drenă de 10V
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
181
5.8 Parametrii de semnal mic şi scheme echivalente ale
TECMOS
Pentru a putea utiliza în circuite tranzistoarele TECMOS sunt
utilizaţi câţiva parametri care permit definirea performanţelor şi efectuarea
calculelor necesare pentru buna lor funcţionare. Se definesc în condiţii de
semnal mic şi frecvenţe joase:
1. Transconductanţa (panta tranzistorului), gm:
1
AVg
V
Ig
SIm
G
Dm
(5.52)
Utilizând expresiile curentului de drenă (5.41) şi (5.47) pentru
regiunea iniţială a caracteristicilor de ieşire şi pentru regiunea nesaturată se
obţine pentru transconductanţă o expresie de forma:
D
i
inm V
Lx
Zg
2,1 (5.53)
Analizând expresia (5.53) se constată că transconductanţa nu
depinde de VGS şi VP, iar pentru obţinerea unor valori ridicate ale acesteia
trebuie construite canale având L mic şi Z mare şi cu grosimi reduse ale
izolatorului xi.
În regiunea de saturaţie transconductanţa se obţine pornind de la
expresia (5.49) a curentului de drenă:
DS
i
inm V
Lx
Zg
3 (5.54)
2. Conductanţa de drenă (conductanţa de ieşire), gd:
1
AVg
V
Ig
SId
D
Dd
(5.55)
Pentru regiunea iniţială a caracteristicilor se obţine din (5.41):
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
182
PG
i
ind VV
Lx
Zg
1 (5.56)
Variaţia liniară a conductanţei gd1 de tensiunea de grilă permite
utilizarea TECMOS ca rezistor liniar comandat în tensiune.
Pentru regiunea nesaturată se obţine din (5.47):
DPG
i
ind VVV
Lx
Zg
2 (5.57)
Analizând această ultimă relaţie se constată că odată cu creşterea
tensiunii de drenă şi apropierea acesteia de valoarea de saturaţie:
PGDSat VVV , conductanţa canalului tinde la zero.
În regim de saturaţie trebuie considerat efectul de scurtare al
canalului şi creşterea curentului ID, care conduc la 7 :
DSatDAS
DSatDASD
dVVqNL
VVqNIg
/2
2/3
(5.58)
Din analiza expresiei (5.58) se observă că: în regiunea de saturaţie
conductanţa gd3 este direct proporţională cu curentul de drenă; depinde de
VG şi variază cu tensiunea aplicată drenei.
În unele cazuri se utilizează rezistenţa la ieşire:
1 dd gr (5.59)
3. Factorul de amplificare în tensiune:
G
D
V
V
(5.60)
La fel ca la TECJ se poate stabili legătura:
dmrg (5.61)
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
183
4. Capacităţile TECMOS: Studiul acestor capacităţi este important în
cazul utilizării TECMOS la frecvenţe medii şi înalte. Se iau în calcul
capacităţile provocate direct de structura MOS. Capacitatea specifică este
ii xC /0 , care se manifestă între poartă-sursă şi deasemenea între poartă-
drenă. Există şi o capacitate drenă-sursă.
Cea mai mare importanţă în funcţionare o are capacitatea de intrare
poartă-sursă. O expresie pentru această capacitate este dată în 7 :
03
2LZCCgs (5.62)
Schema echivalentă completă de semnal mic este prezentată în fig.
5.25, unde dreptunghiul cu linie punctată delimitează structura tranzistorului
propriu-zis intrinsec. Elementele reprezentate sunt: Cgsi - capacitatea poartă-
sursă, Cgdi - capacitatea poartă-drenă; gm()Vgsi - generatorul de curent; rdi=
1/gdi - rezistenţa diferenţială de drenă; L0 - inductanţă; Rgsi şi Rgdi -
rezistenţe ohmice ale canalului necomandat.
Fig. 5.25 Schema echivalentă completă a TECMOS
Elementele externe (din afara dreptunghiului punctat) sunt date de
fixarea contactelor şi de încapsularea structurii: Lg, Ld, Ls - inductanţele
terminalelor; Rd; RS - rezistenţele electrice ale contactelor, Rge, Rde -
rezistenţele finite ale substratului; Cgse, Cgde - capacităţi datorate
suprapunerii parţiale a porţii peste sursă şi respectiv drenă; Cg1 şi Cd1 -
capacităţi care apar între poartă şi peliculele metalice depuse pe sursă şi
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
184
drenă; Cd2 - capacitatea regiunii sărăcite drenă-substrat; C12, C23, C39 -
capacităţile între terminalele capsulei.
În practică se utilizează scheme simplificate care au definite
elemente direct măsurabile experimental. O astfel de variantă este prezentată
în fig. 5.26.
Fig. 5.26 Schema echivalentă a TECMOS
Capacităţile Cgs, Cgd şi Cds includ global capacităţile existente. Dacă
se consideră funcţionarea TECMOS la frecvenţe joase unde reactanţele
capacitive pot fi neglijate se obţine schema echivalentă simplificată din fig.
5.27.
Fig. 5.27 Schema echivalentă a TECMOS la frecvenţe joase
Frecvenţa maximă de funcţionare a TECMOS va fi limitată de
capacitatea grilă-sursă şi de transconductanţa la saturaţie 7 :
gs
mm
C
gf
23 (5.63)
Considerând expresia gm3 şi luând pentru Cgs expresia (5.62) se
obţine:
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
185
24
3
L
Vf DSn
m
(5.64)
Analizând expresia (5.64) se observă că pentru a obţine frecvenţe de
lucru ridicate trebuie utilizate materiale semiconductoare cu mobilitate
ridicată (ex.GaAs) cu canal tip n, canalul să fie cât mai scurt, iar tensiunea
de drenă ridicată.
În tabelul 5.2 se prezintă caracteristicile principale ale tranzistorului
TECMOS cu canal n tip BSH 103 PHILIPS.
Tabelul 5.2 Caracteristici principale ale tranzistorului TECMOS cu
canal n tip BSH 103 PHILIPS.
Mărimea Condiţii de test Valori
min max
Unităţi
de
măsură
VD, Tensiune drenă-sursă 30 V
VG, Tensiune grilă-sursă ±8 V
ID, Curent de drenă CTa
80 0,85 A
rON, Rezistenţa în
conducţie
AIVV DG 5,0,5,2 0,5 Ω
IDSS, Curent de pierderi
drenă-sursă VVV DSG 24,0 100 nA
IGSS, Curent de pierderi
grilă-sursă 0,8 DG VVV ±100 nA
Cis, Capacitate de intrare MHzf
VVV DG
1
,24,0
83 pF
Crs, Capacitate de reacţie MHzf
VVV DG
1
24,0
14 pF
Cos, Capacitate de ieşire MHzf
VVV DG
1
24,0
27 pF
ton, Timp de comutare
directă
6,5,0
15,80
GEND
DGS
RAI
VVVV 6 ns
toff, Timp de comutare
inversă
6,5,0
15,80
GEND
DGS
RAI
VVVV 20 ns
Ptot, Putere total disipată CTa
80 0,5 W
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
186
5.9 Aplicaţii ale tranzistoarelor cu efect de câmp
Tranzistoarele cu efect de câmp au căpătat o utilizare intensă în
circuitele electronice discrete cât şi în circuitele integrate. Performanţele lor
tind să conducă la înlocuirea tranzistoarelor bipolare. În cele ce urmează
sunt prezentate câteva aplicaţii directe, simple, ale tranzistoarelor cu efect de
câmp.
A. TECJ utilizat ca rezistenţă variabilă comandată în tensiune
Analizând caracteristicile de ieşire ale TECJ se constată că în jurul
originii, la tensiuni mici drenă-sursă (sub 100mV), există o dependenţă
liniară a curentului în funcţie de tensiunea de drenă, controlată de tensiunea
aplicată între grilă şi sursă. Acest fapt este confirmat de expresia (5.18) care
dă curentul de drenă în cazul tensiunilor reduse de drenă.
a b
Fig. 5.28 Caracteristici de ieşire tipice pentru un TECJ; a- pentru domeniul
de variaţie complet al tensiunii de drenă; b- pentru valori reduse
ale tensiunii de drenă (VD < 100mV)
Valorile între care poate fi comandată liniar rezistenţa sunt:
1505,0 şi KR 100max . Desigur că în stare blocată rezistenţa drenă-
sursă a unui TECJ poate atinge valori mult mai mari; de ordinul 108 ÷
1010
Ω.
Folosind comanda rezistenţei electrice a TECJ se realizează
atenuatoare comandate. În fig. 5.29 se prezintă două variante de atenuatoare:
a- în serie cu sarcina; b- în paralel cu sarcina. Considerând varianta b , dacă
se notează cu AS atenuarea în tensiune, aceasta se poate exprima:
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
187
DS
DS
i
SrR
r
V
VA
0 (5.65)
Limitele între care se poate regla atenuarea depind de valorile
extreme între care poate varia rDS. De regulă atenuarea poate fi modificată în
domeniul 1 - 32 1010 . Acest tip de atenuator comandat se foloseşte în
circuitele de reacţie a amplificatoarelor operaţionale pentru a regla
amplificarea, în oscilatoare pentru stabilizarea amplitudinii şi pentru
comanda frecvenţei, în defazoare programabile şi în bucle de control
automat în circuite de automatizare.
Fig. 5.29 Atenuatoare comandate în tensiune cu TECJ;
a- în serie cu sarcina; b- în paralel cu sarcina
B. TECMOS ca element de comutaţie analogică
În sistemele de achiziţie a datelor, în amplificatoare de curent
continuu cu modulare-demodulare, în calculatoare şi sisteme de comunicaţie
se utilizează tranzistorul cu efect de câmp de tip MOS ca element de
comutaţie analogică, cu proprietatea de a inchide sau a deschide un circuit
electric permiţând trecerea sau asigurînd blocarea semnalelor.
Un element de comutaţie analogică trebuie să îndeplinească o serie
de calităţi: a- să aibă o impedanţă foarte joasă în starea de conducţie (rON) şi
cât mai ridicată în starea blocată (rOFF); b- să transfere semnalul în stare
închisă cu distorsiuni minime; c- să comute cât mai rapid din starea blocată
în starea de conducţie şi invers; d- să nu existe cuplaj între semnalul de
comandă şi semnalul transmis; e- să consume putere redusă la comutări.
În fig. 5.30 se prezintă schema unui selector de căi analogice pentru
multiplexare în timp, realizat cu TECMOS cu canal indus de tip p. În
absenţa tensiunii de comandă, pe porţi, tranzistoarele sunt în stare blocată şi
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
188
izolează intrările: IN1÷IN5 de ieşire. Dacă se aplică o tensiune de comandă
pe una din grilele T1÷T5 tranzistorul respectiv va intra în conducţie
permiţând trecerea semnalului corespunzător spre ieşire. Se poate face astfel
o selecţie comandată a semnalelor aplicate spre ieşire.
Fig. 5.30 Selector de canale cu TECMOS
C. Structura CMOS
Elementul constitutiv al circuitelor numerice actuale este structura
CMOS care constă dintr-o pereche de tranzistoare, unul cu canal n şi celălalt
cu canal p, fabricate pe aceeaşi plachetă din semiconductor, cu
interconexiuni de metal între intrări (porţi ) şi ieşiri (drene). În fig. 5.31 se
prezintă structura fizică şi schema electrică a unui element CMOS.
Fig. 5.31 Structura fizică şi schema electrică a uni element CMOS
Capitolul 5 Tranzistoare unipolare cu efect de câmp
189
O tensiune pozitivă aplicată pe intrare va deschide tranzistorul cu
canal n şi va bloca tranzistorul cu canal p, iar o tensiune negativă va bloca
tranzistorul cu canal n şi îl va deschide pe cel cu canal p. Nivelele de
tensiune care apar la ieşire sunt practic egale cu valorile tensiunilor de
alimentare VDD şi VSS. În regim static curentul dintre VDD şi VSS este
curentul rezidual al tranzistorului blocat, puterea statică consumată de
dispozitivul CMOS fiind practic nulă. Comportarea structurii CMOS este
echivalentă cu a unui inversor logic: a- o tensiune pozitivă ridicată +VDD
echivalentă nivelului 1 logic aplicată la intrare deschide tranzistorul MOS
cu canal n şi blochează tranzistorul MOS cu canal p stabilind ieşirea la VSS,
adică la nivel 0 logic; b- o tensiune de valoare -VSS echivalentă nivelului 0
logic aplicată la intrare, va deschide tranzistorul MOS cu canal p şi va bloca
tranzistorul MOS cu canal n ieşirea stabilindu-se la + VDD adică la nivelul
logic 1.
Capacitatea statică de intrare în dispozitivul CMOS este de ordinul
2÷5pF. În timpul procesului de comutare capacitatea de intrare creşte de
până la zece ori, datorită efectului Miller cauzat de capacitatea de reacţie
poartă-drenă şi transconductanţei ridicate a elementului. Aceasta conduce la
limitarea frecvenţei de lucru a circuitelor CMOS.
În fig. 5.32 se prezintă schema electrică a unui comutator analogic cu
patru canale comandat numeric.
Fig. 5.32 Schema comutatorului MMC 4066 comandat numeric
Câteva performanţe ale circuitului MMC 4066 sunt:
rezistenţă în stare de conducţie: 80ONr (tipice) la VVV SSDD 15 ;
viteză de răspuns: 40MHz;
FLORIN MIHAI TUFESCU DISPOZITIVE SI CIRCUITE ELECTRONICE (I)
190
liniaritate: 0,5%;
distorsiuni reduse sub 0,5% pentru ,1KHzf ,5 VVS VV la
VVV SSDD 10 şi KRL 10 ;
diafonie între canale: -50dB pentru ,9,0 KHzf şi KRL 1 ;
curent rezidual în stare blocată: 10pA pentru VVV SSDD 10 şi
CTA
25 .
D. Precauţii la utilizarea şi montarea tranzistoarelor cu efect de
câmp Tranzistoarele cu efect de câmp se pot distruge uşor prin
străpungerea în timpul manipulării şi al montării în circuite datorită
impedanţei foarte mari de intrare care favorizează acumularea unei sarcini
electrostatice pe grilă, care în urma unei descărcări accidentale poate
străpunge stratul de oxid. O sursă posibilă de sarcină este chiar corpul uman
a cărui capacitate electrică depăşeşte 300pF şi în anumite condiţii se poate
încărca peste 10KV. O simplă atingere a grilei tranzistorului conduce la
deteriorarea acestuia. O altă sursă periculoasă de sarcină sunt casetele,
distanţierele, pungile din polistiren sau policlorură de vinil. Tensiuni mari
pot genera şi echipamentele de lipire precum şi aparatele de măsură.
Pentru a proteja tranzistoarele cu efect de câmp faţă de aceste surse
posibile de sarcină trebuie luate o serie de precauţii:
stocarea dispozitivelor se va face fie în cutii metalice, fie în pungi
conductoare. Este de dorit ca terminalele să fie scurtcircuitate printr-un inel
metalic;
toate echipamentele de manipulare vor fi conectate obligatoriu la masă
şi în primul rând echipamentul de lipire (în cazul simplu - ciocanul de lipit);
zona de lucru se va ventila cu aer ionizat;
operatorul va avea încheietura mâinii legată la masă printr-o brăţară
conductoare înseriată cu un rezistor de cca. 1MΩ.
În afară de aceste măsuri legate de străpungere vor fi respectate cu
stricteţe mărimile electrice specificate de producătorul dispozitivului
utilizat. Pentru protecţia directă privind străpungerea porţii datorită
acumulării de sarcină la unele dispozitive TECMOS sunt realizate prin
construcţie în interior joncţiuni zener cuplate între grilă şi sursă.
Dezavantajul major al acestei metode de protecţie este cel al micşorării
impedanţei de intrare a tranzistorului datorită diodei.