род затвора отрицательное напряжение, то несущие отрицательный заряд электроны, которые ранее скапливались вдоль границы раздела двуокись кремния - полупроводник, будут мигрировать от этой границы.

Окисел tyyyjLJ""

Исток

+ + + + +

I Затвор + + + + +

Окисел

О Сток

IcVysJxWyl Окисел

о

Рис. 2.3. Обогащение электронами области под окислом затвора в МДП-транзи-•сторе с индуцированным р-каналом прн подаче на затвор положительного напряжения

Как только отрицательное напряжение затвора увеличивается „до значения, достаточного для преодоления влияния избыточных электронов подложки (полупроводник «-типа), возникает явление, называемое инверсией. Оно просто означает, что тип проводимости легированного полупроводника, находящегося неносред- ственно под электродом затвора, изменился на противоположный. Полупроводник, который первоначально имел проводимость .«-типа, теперь стал р-типа вследствие чрезмерного обеднения сво-

Окисел 1;;

Исток

JaTBop

Окисел

Сток

Окисел

о „ о о о о ° ° \Г ро о oj

ООО OqO OqO о ОО о OqOO OOoQOqO

о о о о°о о°° °сРро°о°о°Р <ГооО

о о о о

Рис. 2.4. Инверсия проводимости (с п- на р-тип) в области под окислом затвора в A-lflri-TpaHSHCTope с индуцированным /7-каналом при подаче на затвор отрицательного напряжения

бодными электронами, которые отталкиваются отрицательно заряженным затвором (рис. 2.4).

Анализируя этот пример, следует помнить, что в МДП-транзисторе с индущираванным «-каналом имеет место противоположная ситуация, т. е. поток основных носителей здесь создается при подаче положительного напряжения на электрод затвора.

2.4. Типы мощных транзисторов

Несмотря на очевидное обилие мощных ПТ, часто вносящее-путаницу хитроумными фирменными обозначениями, практически мы имеем дело с двумя основными типами приборов: полевыми транзисторами с управляющим р-п переходом и МДП-транзисторами с индуцированным каналом. Более того, как будет показано в гл. 4, для разработки оптимального мощного ПТ требуется предельно короткий (насколько это физически возможно) канал,, а это по существу означает, что число вариантов ПТ ограничивается теми приборами, в которых направление тока перпендикулярно поверхности. Другими словами, во всех мощных ПТ ток течет вертикально. Общим признаком многих фирменных обозначений, принятых для мощных ПТ, является то, что они называются вертикальными.

Чтобы добиться больших значений предельной мощности и крутизны, низкого сопротивления насыщения и хороших характеристик на высоких частотах, необходимы не только вертикальная структура прибора, но и наличие у него множества параллельных каналов. Кроме того, мы ограничены в выборе способов запараллеливания этих каналов, так как важно оптимизировать показатель качества данного мощного ПТ. Необходимо добиться макоимйльио возможной крутизны характвристики полевого транзистора при оптимальном токе стока (5 с) и минимальной паразитной емкости (5/Ciih). Поскольку одновременное вьиполнение обоих требований напоминает парадокс, достижение оптимального показателя качества превращается е нелегкую задачу.

Проблема оптимизации показателя качества является фундаментальной при проектировании ПТ. Получение большой крутизны неизбежно связано с увеличением тока стока. Большой ток стока в свою очередь заставляет разработчика увеличивать размеры (площадь) прибора на кристалле, а это, естественно, означает увеличение паразитных емкостей. В итоге мы сталкиваемся с так называемой проблемой создания высокочастотного ПТ (см. подразд. 1.3.1).

Так как мы уже знакомы с работами Тешнера и Зулига, начнем изучение мощных ПТ с двух типов вертикальных приборов с управляющим р-п переходом, к которым относятся гридистор Тешнера и многоканальный ПТ Зулига.

Прежде чем сосредоточить внимание на этих приборах, ознакомимся с понятием показатель качества, которое лежит в основе

.успешной разработки мощных ПТ. Показатель качества равен произведению коэффициента усиления на ширину полосы пропускания. Термин «показатель качества» впервые был применен для усилителей на электронных лампах для сравнения характеристик малосигнальных и импульсных усилителей. В обоих случаях этим показателем было удобно пользоваться при выборе электронной лампы для разрабатываемого усилителя. Показатель качества пережил эпоху электронных ламп, биполярных транзисторов и оказался полезным для мощных ПТ. Совершенно очевидно, что произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания важно и полезно для сравнения усилителей малых сигналов. Другими словами идеальный усилитель должен обладать постоянным коэффициентом усиления во всей полосе рабочих частот. Чем хуже усилитель, тем меньше его показатель качества.

В импульсном усилителе показатель качества одинаково важен и полезен для оценки не только схемы (как в случае усилителей малых сигналов), но и самого активного прибора. Импульсные усилители должны обеспечивать малые длительности фронта и среза. Как и в усилителе малых сигналов, здесь также наблюдается критическая зависимость от большого коэффициента усиления по напряжению и от низких паразитных емкостей. Для однокаскадного усилителя справедливо равенство:

Коэффициент усиления = SR, (2.1)

где R - сопротивление нагрузки; 5 - крутизна характеристики активного элемента.

Длительность фронта импульса на выходе импульсного усилителя определяется выражением:

Длительность фронта == 2,2ЯСпк. (2.2)

Используя выражения (2.1) и (2.2), для показателя качества импульсного усилителя получаем:

Показатель качества (Я) = Коэффициент усиления -S- 3

Время нарастания 2,2Cjjh

В случае однокаскадного усилителя малых сигналов коэффициент усиления по напряжению также вычисляется но (2.1). Полоса частот определяется по спаду амплитудно-частотной характеристики на уровне 3 дБ с обеих сторон от центральной частоты:

Полоса частот =-5-. (2.4)

2nR Спи

Используя выражения (2.1) и (2.4), для показателя качества усилителя малых сигналов получаем:

Показатель качества (М) = Коэффициент усилениях

X Полоса частот =-. (2.5)