TranzistorulIstoricTranzistorul a fost inventat n laboratoarele Bell Telephone din New Jersey la data de 16 decembrie 1947 de ctre John Bardeen, Walter Houser Brattain, i William Bradford Shockley de la Bell telephone Laboratories care au ncercat s creeze un dizpozitiv electronic capabil s inlocuiasc tuburile electronice cu catod nclzit. Acesta urma s fie utilizat n amplificatoarele folosite n telefonia la mare distan , ncercrile au durat aproape 8 ani, iar noul dispozitiv era format dintr-o plcu de germaniu de tip n i dou firioare metalice care fceau cte un contact punctiform cu plcua. Acest dispozitiv a cptat numele de trazistor prin unirea a dou cuvinte transfer i resistor . Primul tranzistor avea o amplificare egal cu 40 la o frecven de 1000 hz. Astfel de tranzistoare nu se mai fabric astzi , n timpul care s-a scurs de la inventarea tranzistorului au fost elaborate o serie de tehnologii de fabricaie i deci i de tipuri de tranzistoare . metodele cunoscute sunt :tehnica alierii , tehnica difuziei , metoda planar , epitaxial-planar i mesa-planar

Metode de obineren tehnologia de aliere , punctul de plecare l constituie o plcu dintr-un monocristal de germaniu dotat cu impuriti de tip n. De o parte i de alta a plcuei se fixeaz cte o bil de indiu , care pentru germaniu este o impuritate de tip p . Ansamblu se nclzete la temperatura de topire a indiului . Indiul ptrunde n reeaua cristalin a semiconductorului astfel nct dup racire sub bilele de indiu apar zone de tip p.Perla care formeaz colectorul este mai mare dect cea a emitorului i mai slab dotat . Grosimea bazei depinde i de durata procesului de aliere . Pe cele trei regiuni ale tranzistorului se sudeaz firele de conexiuni sistemul este fixat pe o plcu suport i apoi ncapsulat . Tot astfel se pot fabrica tranzistoare de tip npn prin alierea a dou perle de antimoniu pe o placu de germaniu de tip p . Principalul dezavantaj al trazistoarelor aliate este frecvena i temperatur de lucru relativ mic Spre deosebire de procedeul de aliere care implic o stare lichid , procedeul de difuzie , presupune o faz gazoas . Cristalul semiconductor este nclzit la o temperatur apropiat de cea de topire ntr-o atmosfer gazoas ce conine vapori de impuriti care ptrund , n cristal . Pentru fabricarea unei jonciuni pn , se nclzete o plcu semiconductoare de tp nntr-o atmosfer de atomi de tip p. Acetia ptrund n interiorul plcuei formnd o regiune de tip p . Cel mai important tip de trazistor care se fabric prin tehnica difuziei este tranzistorul planar. - Principala calitate a acestor tanzistoare este frecvena de lucru ridicat care ajunge i la cteva mii de Mhz. asta pentru ca prin difuzie stratul bazei poate fii fcut extreme de subire , mai sunt si alte metode ca : metoda planar , epitaxial-planar i mesa-planar Tranzistoarele sunt dispozitive semiconductoare care ndeplinesc condiiile necesare amplificarii unor semnale . Dup tipul de purttori ce contribuie la funcionarea lor ele sunt: Bipolare purttori de ambele polariti majoritari (electroni)

- minoritari (goluri) Unipolare Purttori de o singur polaritate electroni sau goluri.

Tranzistorul bipolarSimbolul tranzistorului bipolar i are originea n forma constructiv a primului tranzistor cu contacte punctiforme. Emitorul este reprezentat printr-o sgeat. La un tranzistor pnp , sgeata este ndreptat spre baz i la npn dinspre baz ,de fapt sgeata indic sensul curentului prin tranzistor

Structura i caracteristicile tranzistoruluiTranzistorul bipolar este o structur de trei zone semiconductoare extrinseci (pnp sau npn) realizat ntr-un cristal semiconductor. Ea este prezentat schematic n figura de mai jos .Fiecare zon are un contact ohmic cu cte un terminal exterior. Cele trei terminale se numesc emitor E, baz B i colector C. Denumirile sugereaz funcia pe care o ndeplinete fiecare dintre cele trei zone: emitorul este furnizorul principal de sarcini electrice, colectorul colecteaz sarcinile electrice iar baza poate controla cantitatea de sarcin care ajunge la colector. Dup acelai criteriu, cele dou jonciuni se numesc emitoare, respectiv colectoare.baza

B

p Eemitor

p

p

n

p

Ccolector

n (n)jonctiune emitoare

(p)

(n)jonctiune colectoare

a

b

O astfel de structur se numete bipolar deoarece la conducia electric particip sarcini electrice de ambele polariti, goluri i electroni, cu contribuii diferite la curent n funcie de tipul de tranzistor. n funcie de ordinea zonelor, tranzistorii bipolari pot fi de tip pnp sau npn. Simbolurile lor sunt prezentate mai jos

E B Pnp C B E Npn

C

Din punct de vedere tehnologic structura de tranzistor are dou

particulariti: emitorul este mult mai puternic dopat dect baza lrgimea fizic a bazei este mult mai mic dect lungimea de difuzie a purttorilor majoritari din emitor (aprox. 10 m) Pentru a exista conducie electric ntre emitor i colector, jonciunea emitoare trebuie polarizat n sens direct iar jonciunea colectoare n sens invers. Un circuit de polarizare a jonciunilor unui tranzistor de tip pnp este prezentat n figura de mai jos. n practic polarizarea jonciunilor se face cu o singur surs de alimentare. IC RC IC p n p RE IE B IB p C

ICBo

IE

p

EC EE

IB

n

IE

E

a b Se poate observa modul n care purttorii de sarcin din semiconductor contribuie la formarea curenilor exteriori msurabili: curentul de emitor - IE, curentul de colector IC i curentul de baz IB. Trebuie s subliniem nc odat faptul c la curentul prin tranzistor particip purttori de ambele polariti, n timp ce la curenii exteriori particip exclusiv electronii de conducie din metal. Golurile, care sunt purttorii majoritari n emitor, sunt accelerai n cmpul de polarizare direct a jonciunii emitoare i, n marea lor majoritate, vor traversa baza i vor fi preluate de cmpul electric de polarizare invers a jonciunii colectoare. Fraciunea din curentul de emitor care contribuie la formarea curentului de colector este notat cu . i se numete factor de curent i valorile lui sunt foarte apropiate de 1: 0,97 0,99. Datorit slabei dopri a bazei i a lrgimii ei foarte mici, doar o mic parte din golurile care pleac din emitor se vor recombina cu electronii din baz. Curentul IE mpreun cu curentul de purttori minoritari, ICBo, care traverseaz jonciunea colectoare polarizat invers, vor forma curentul de colector, IC. Astfel, pot fi scrise urmtoarele relaii ntre curenii msurabili: IE = IC +IB I C = I E + I CBo

nlocuind expresia curentului de emitor n relaie i exprimnd curentul de colector, se obine: IC =

1 B

I +CBo

I 1

Coeficientul de multiplicare a curentului de baz se noteaz cu i se numete factor de amplificare static (sau factor de amplificare a curentului continuu) i este supraunitar:

= 1 Astfel, dependena curentului de colector de curentul de baz poate fi exprimat sub forma: I C = I B + (1 +

) I CBo

Relaia indic dependena intensitii curentului de colector de intensitatea curentului de baz. De aici se poate vedea c tranzistorul bipolar este un element activ comandat n curent. Deoarece curentul de purttori minoritari ICBo este foarte mic (sub 1 A), n practic se poate folosi cu bun aproximai Ecuaiile descriu funcionarea tranzistorului n curent continuu (regimul static) i, mpreun cu legile lui Kirchhoff, permit calcularea valorilor rezistenelor din circuitul exterior de polarizare, precum i a punctului static de funcionare caracterizat de patru parametrii: UBEo, IBo, UCEo i ICo Tranzistorul bipolar poate fi privit ca un cuadrupol dac unul dintre terminalele sale va face parte att din circuitul de intrare ct i din cel de ieire. De regul, terminalul respectiv este conectat la borna de potenial nul (masa circuitului). Astfel, exist trei conexiuni posibile ale tranzistorului ntr-un circuit ,baza comun BC , cu emitor comun EC i cu colector comun CC Conexiunea EC se folsete att n joas frecven ct i radiofrecven ,mai ales dac se dorete obinerea unei amplificri n putere foarte mari de la cteva mii la 50 000 . Dezavantajul acestei conexiuno este impedana de intrare destul de mic, iar frecvena limit maxim destul de sczut

b a c Conexiunea BC reprezint avantajul c lucreaz la frecvene foarte nalte ,iar reacia invers foarte slab (n amplificatoarele de radiofrecvena, amplificarea pentru fiecare etaj este egal cu 10), de aceea se folosete mai ales la etajele amplificatoare de RF din receptoarele UUS , totui rezistena de intrare a acestor montaje este mic Conexiunea CC este folosit cnd este dorit o rezisten de intrare foarte mare i o rezisten de iesire mic. Este un amplificator de curent , amplificarea n tensiune fiind aproximativ 1, se foloseste ca transformator de impedan UCE IB

Pentru explicarea funciei de amplificare a tranzistorului vom alege conexiunea cu emitor comun .Deci ntre emitor i baz vom conecta o tensiune care s polarizeze jonciunea PN n sensul de conducie . Electronii purttori de sarcin negativ sunt emii de emitor spre zona bazei . Din cauza slabei dotri a acestei zone aici nu au loc prea multe recombinri , dac pe colector se aplic o tensiune pozitiv , electronii traverseaz zona foarte subire i prin difuzie ajung la colector , n felul acesta cea mai mare parte a electronilor emii de emitor ajung la colector , i numai o mic parte vor circula prin circuitul de baz , rezult c vom avea un curent de colector mult mai mare dect cel din baz , Dac tensiunea dintre baz i emitor UBE crete , mai muli electroni produi de emitor vor ajunge la colector .Deci o cretere a tensiunii dintre baz i emitor duce la o cretere a curentului din colector , se poate spune c putem comanda cu un curent mic de baz , un curent mare n colector . Fenomenul se numete amplificare n curent al tranzistorului Pentru un tranzistor pnp principiul este acelai , numai c polarizarea este invers ,iar purttorii de sarcin sunt golurile. Prin aceasta nu trebuie s se inteleag c putem conecta , invers un tranzistor npn si c vom obine acelai rezultat , dimpotriv amplificarea este nul si o tensiune intre colector i emitor mai mare de 1,5 voli ar putea distruge tranzistorul

Polarizarea tranzistorului bipolarPolarizarea cu divizor de tensiune n baz

Pentru a funciona n zona activ i a fi folosit ntr-o schem de amplificare de exemplu, jonciunile tranzistorului bipolar trebuie polarizate n curent continuu astfel nct jonciunea emitoare s fie polarizat direct iar jonciunea colectoare s fie polarizat invers. Polarizarea se face de la o singur surs de alimentare, existnd mai multe scheme folosite n acest scop. Una dintre cele mai utilizate scheme de polarizare n curent continuu este cea cu divizor de tensiune n baza tranzistorului

RB11

Rc IB I IC UCEE

I

2 UBE

I

RE RB2 Practic, problema se pune n felul urmtor: cunoatem tipul de tranzistor folosit i dorim polarizarea jonciunilor sale astfel nct el s lucreze ntr-un anumit punct static de funcionare. Evident, se cunoate i tensiunea de alimentare folosit. Pentru calcularea valorilor rezistenelor din circuitul de polarizare se folosesc pe de o parte ecuaiile de legtur dintre curenii care intr i ies din tranzistor, n care se poate neglija influena curentului ICBo mult mai mic dect ceilali cureni: I C I B, , IE = IC +IB,

IC IE

n circuitul din figura se utilizeaz un divizor de tensiune format din RB1 i RB2 Tensiunea UBE se obine din cderea de tensiune pe rezistena RB2 , un astfel de montaj are o funcionare foarte stabil . Valorile rezistenelor R1 i R2 sunt mai mari dect ale celorlalte pentru a consuma ct mai puin curent de la sursa de alimentare, dar totodat ele trebuie s asigure polarizarea bazei astfel nct jonciunea emitor s fie n stare de conducie (uzual 0,65V pentru Si). Valoarea rezistenei RE trebuie s fie ct mai mic posibil pentru a consuma ct mai puin. Teoretic ea poate s lipseasc i emitorul s fie conectat direct la mas. Practic ns ea este necesar pentru stabilizarea termic a punctului static de funcionare. Valoarea rezistenei din colectorul tranzistorului, Rc, reprezint i sarcina tranzistorului atunci cnd acesta lucreaz ca element activ n circuitele de amplificare sau prelucrare de semnale. Valoarea ei maxim este limitat de condiia de conducie a tranzistorului. Pentru o valoare prea mare,

cderea de tensiune pe ea poate fi att de mare la un curent de colector mic nct s nu permit trecerea tranzistorului n stare de conducie. De cele mai m ori, pentru a putea rezolva sistemul de ecuaii a circuitului de polarizare vom fi nevoii ca valoarea uneia dintre rezistene s o alegem pe baza observaiilor de mai sus. S aplicm aceste reguli de calcul a valorilor rezistenelor dintr-un circuit de polarizare n curent continuu a tranzistorului bipolar pe un exemplu concret. Presupunem c avem un tranzistor cu = 100, pe care dorim s-l polarizm n curent continuu astfel nct el s lucreze n zona activ avnd IC = 2mA, UCE = 5V i UEB = 0,65V. Tensiunea de alimentare este EC = 10V. Cunoscnd curentul de baz, din ecuaia (3.7) calculm curentul de emitor: I E = I C + I B = (2 10 3

+ 0,02 10

3

)A = 2,02mA

Rezistena de emitor o putem calcula din relaia recomandat anterior: R E

1 Ec 10 = 495 1 = 10 I C 10 2,02 10 3

Din ecuaia (3.9) calculm valoarea rezistenei din colectorul tranzistorului: R =C

EC U CE I E R E IC

10 5 2,02 = 10 2 10

3 495 3

=

Potenialul bazei fa de mas, VB = I2R2, putem s-l calculm din ecuaia (3.12): V B = U BE + I E R E= 0,65 + 2,02 10 3 495 = 1,65V Alegnd pentru rezistena R2 valoarea: R2 = 10k

se poate calcula valoarea curentului I2: I 1,65 VB A = 0,165ma = R = 3 10 10 2 2 n sfrit, din ecuaiile (3.10) i (3.11) poate fi calculat valoarea rezistenei R1: E I 2 EC 10 1,65 6 R = C = = = 0,0457 10 = 45,7k R2 (165 + 20) 10 VB 6 1 I1 I2 +IB

Avnd n vedere valorile standardizate ale rezistenelor de uz general, vom alege urmtoarele valori pentru cele patru rezistene de polarizare ale tranzistorului: RC = 2k , RE = 500 , R1 = 47k i R2 = 10k .

Ecuaia poate fi rescris n modul urmtor: Ec IC = U CE Rc + RE + Rc + RE (3.13)

n care mrimile variabile sunt IC i UCE, celelalte fiind constante. Ea reprezint ecuaia dreptei de sarcin n curent continuu i va determina poziia punctului static de funcionare al tranzistorului i se mai poate defini ca fiind intersecia dintre dreapta de sarcin n curent continuu i caracteristica de ieire corespunztoare unui curent de baz prestabilit. Stabilizarea termic a punctului static de funcionare O problema a amplificatoarelor cu tranzistoare este meninerea punctului de funcionare odat cu schimbarea temperaturii de lucru. Pentru stabilizarea punctului static de funcionare se utilizeaz scheme cu reacie de curent sau de tensiune. Pentru a introduce o reactie pozitiv , se monteaz n circuitul de emitor o rezisten , RE , iar tensiunea de polarizare a bazei se stabilete prin divizorul de tensiune RB1 i RB2 . S presupunem c , curentul Ie creste i odat cu el i curentul de emitor . Pe rezistena de pe emitor RE va apare o cretere a cderii de tensiune . Dac tensiunea RB2 rmne constant , atunci UBE s scad., datorit acestui fapt scade i curentul de baz i o dat cu el i curentul prin colector .

+EC R1` Rc CC Rs us CB R2 RE Rsarc CE uies

Din pcate , in regim alternativ aceste masuri nu sunt de ajuns ,i in paralel pe rezistena din emtor se monteaz un condensator de 0,1 uF n radiofrecven i de 251000 uF n audio frecven . Datorit faptului ca tranzistoarele au coeficient de temperatur de -2mv/ C , i dac un tranzistor are tensiunea de deschidere de 0,65 voli la temperatura de 25C , la

100C tensiunea de deschidere va fi de 0,45 voli atunci pentru amplificatoarele audio de putere , punctul static de funcionare se stabileste prin alt procedeu. Pe radiatorul tranzistorului final se monteaz o rezisten cu coeficient de temperatur negativ. Odat cu creterea temperaturii , rezistea negativ scade , iar tensiunea dintre baz i emitor se stabilizeaz Un alt procedeu este montarea unui tranzistor pe radiatorul finalului , numit superdiod , cand temperatura creste , superdioda se deschide i micoreaz tensiunea din bazele tranzistorelor finale , a doua metod este mai eficient , pentru c se poate regla tensiunea de polarizare al finalilor

Regimul dinamic al tranzistorului bipolarTranzistorul bipolar poate fi privit ca un cuadrupol . n multe aplicaii practice, la intrarea cuadrupolului se aplic un semnal variabil n timp (n particular el poate fi i un semnal sinusoidal), tranzistorul fiind polarizat deja n curent continuu ntr-un punct de funcionare static. Astfel, peste potenialele statice (fixe) se vor suprapune i potenialele datorate cmpului variabil determinat de semnalul de intrare. Tranzistorul va fi supus simultan la dou regimuri de funcionare: regimul static, pe care l-am analizat anterior i regimul dinamic. Analiza regimului dinamic este o problem complex. Ea poate fi ns simplificat dac facem urmtoarele presupuneri: pe toat durat aplicrii semnalului variabil la intrare, punctul de funcionare nu prsete poriunea de caracteristic de transfer corespunztoare zonei active de funcionare (fig.3.7b). pe aceast poriune caracteristica de transfer este liniar. Deci, modelul pe care-l vom prezenta n continuare este unul liniar. n figura d mai jos este prezentat un tranzistor de tip npn n conexiune emitor comun, privit ca un cuadrupol. ICo ib IBo UBEo UCEo ic uce

ube

Presupunem c el a fost polarizat n curent continuu ntr-un punct static de funcionare aflat n zona activ, caracterizat de valorile.: UBEo, IBo, UCEo i ICo. Presupunem de asemenea c la intrarea cuadrupolului apare la un moment dat o variaie a tensiunii dintre baza i emitorul tranzistorului, ube, datorat semnalului aplicat. Sensul sgeii ne indic faptul ca la momentul considerat potenialul variabil al bazei este mai mare dect cel al emitorului. Creterea de potenial se adaug potenialului static al bazei, ceea ce determin o cretere a curentului de baz cu valoarea ib. Creterea curentului de baz va determina creterea curentului de colector cu valoarea ic i variaia corespunztoare, uce, a tensiunii colector-emitor.

Tranzistorul cu efect de campTranzistorul cu effect de camp (TEC) sau cum este numit n literatura de specialitate FET (field effect tanzistor) a aprut n ultimii ani , dei efectul a fost descoperit nc din anul 1928 de Lilinfield , aplicaia a aprut dup muli ani INTRODUCERE Tranzistoarele cu efect de cmp (TEC) se bazeaz pe controlul efectuat de un cmp electric asupra curentului care trece prin dispozitiv. Curentul electric trece printr-un canal conductor, a crui conductan depinde de valoarea cmpului electric de control. Curentul este format dintr-un singur tip de purttori de sarcin, care se deplaseaz de la un capt al canalului, numit surs (S), la cellalt capt numit dren (D). Deplasarea purttorilor are loc datorit diferenei de potenial aplicat ntre dren i surs. Cmpul electric care moduleaz conductana acestui canal provine din tensiunea aplicat pe un al treilea electrod, electrodul de control, numit gril (G) sau poart (P). Tranzistoarele cu efect de cmp se mai numesc i tranzistoare unipolare, deoarece la conducia curentului electric particip un singur tip de purttori de sarcin mobili i anume purttorii majoritari din canal. Dup tipul de purttori care particip la conducia curentului electric exist dou categorii de tranzistoare cu efect de cmp: TEC cu canal n, cnd purttorii mobili sunt electronii, i TEC cu canal p la care curentul electric este dat de goluri. Dup modul n care se face controlul conduciei canalului, exist dou tipuri de TEC: TEC cu jonciune, prescurtat TEC-J, i TEC cu poarta izolat numite i TEC metal-oxid-semiconductor, prescurtat TEC-MOS. Tranzistorul cu efect de camp cu poart jonciune (TEC-j) Poarta este o regiune semiconductoare de tip opus celei care formeaz canalul Efectul de camp se obine pe jonciunea poart-surs , polariznd invers aceast jonciune i aplicnd pe cele dou terminale o tensiune continu ,se obine o regiune de sarcin spaial lipsit de purttori mobile , cu att mai ntins cu ct tensiunea invers este mai mare . Cum conductana canalului ,este dat de circulaia purttorilor mobili ,pe care regiunea de sarcin spaial i impuineaz ,vom putea deci controla seciunea canalului i deci curentul prin el , variind tensiune invers ,dintre poart i surs. Deaorece intrarea TEC-j este de fapt o diod semiconductoare ,polarizat invers , rezistena de intrare este foarte mare (sute , pn la mii de M) iar curentul pe poart neglijabil fa de curentul de dren . Dac putem face o similitudinea , surs-emitor ,dren-colector, poart-baz ,n comparaie cu tranzistorul bipolar , trebuie atras atenia ca sgeata arat anodul jonciunii pn , ca triunghiul din simbolul unei diode. Tensiunea dintre poart i surs UGS trebuie s polarizeze invers jonciunea , astfel ca s nu existe curent de poart . Deci TEC-j cu canal n nu are poarta negativ fa de surs i TEC-j cu canal pare poarta pozitiv fa de surs.

EGregiune saracita

G

ID D Sregiune saracita

G

ID D

S

ED a

RS

ED b

RS

Polaritatea tensiunii UDS nu este derminat pentru funcionarea tranzistorului cu efect de cmp.El funcioneaz i cu polaritate invers.Din considerente tehnologice exist polarizare preferenial UGS pozitiv i UDS negativ pentru canal p UGS negativ i UDS pozitiv pentru canal n Deci ntodeauna aceste tensiuni sunt opuse ca semn

Tranzistorul cu efect de cmp cu poart izolatEste un tranzistor cu efect de cmp tip Metal-Oxid-Semiconductor (TEC-MOS, n engleza MOSFET, Field Effect Tranzistor) i au denumirea asta pentru c ntre poart i canal se afl un strat izolator de bioxid de siliciu , astfel c pe direcia de aplicare a cmpului electric exterior apare o structur Metal-Oxid-Semiconductor De data aceasta poarta nu mai este o regiune semiconductoare ci este un strat metallic de pus peste canal i separat de acesta printr-un strat foarte subire de izolator.Rezult deci o structur de sandwich cu ordinea metal-oxid semiconductor(MOS) Sursa i drena sunt constituite prin difuzie din dou regiuni dotate corespunztor De asemeni canalul dintre dren i surs poate fii format prin nsui procedeul de realizare innd cont de modul de funcionare tranzistoarele TEC-MOS sunt de 2 feluri: cu canal iniial, caz n care canalul superficial este ntotdeauna prezent fiind realizat prin mijloace tehnologice; cu canal indus, situaie n care canalul apare n condiiile n care tranzistorul este polarizat corespunztor (sunt cele mai folosite tipuri de tranzistoare). Dup tipul jonciunii pot fi: cu canal n (NMOS) cu canal p (PMOS), Dintre acestea cea mai larg utilizare o au cele de tip n constatndu-se c realizeaz performane mult mai bune. Modul lor de comand este asemntor cu acela al tranzistoarelor bipolare NPN. Simbolurile prin care se reprezint aceste tranzistoare (cu canal iniial i cu canal indus) sunt prezentate n Fig.7.1.

Simbolurile tranzistoarelor TEC-MOS. a) cu canal iniial; b) cu canal indus. n figura de mai jos este prezentat simbolul tranzistorului TEC-MOS cu canal N indus. Notaiile au urmtoarele semnificaiile: - S = Surs - D = Dren - Ss = Substrat - G = Gril (Poart)

Principiu de funcionarea TEC-MOS.Funcionarea tranzistorului se bazeaz pe controlul conductanei electrice a canalului ntre dren i surs, control efectuat prin tensiunea poart-surs. n afara terminalelor "active" (poarta, sursa i drena), tranzistoarele TEC-MOS mai au un al patrulea terminal, legat la substratul pe care a fost construit tranzistorul. ntre canal i substrat exist o jonciune semiconductoare, reprezentat pe simboluri prin sgeata desenat pe terminalul substratului. Sensul sgeii arat sensul n care aceast jonciune conduce; jonciunea trebuie ns meninut ntotdeauna invers polarizat, altfel ar compromite funcionarea tranzistorului. Pentru ca aceast jonciune s fie blocat n orice moment, pentru un tranzistor cu canal n substratul trebuie s fie legat la cel mai cobort potenial din circuit si se precizeaz cea mai utilizat conexiune ca fiind acea cu sursa comun asemntoare conexiunii emitor comun specific tranzistoarelor bipolare.

TEC-MOS cu canal iniial

n cazul acestui tip de tranzistor canalul superficial ntre surs i dren prin care se realizeaz conducia de curent ntre cei doi electrozi, este realizat tehnologic (i nu indus).

Schem de alimentare TEC-MOS cu canal iniial. Deoarece canalul este realizat din acelai tip se semiconductor ca i sursa i drena, rezult c pentru o tensiune uGS=0 tranzistorul este deschis. De aici apare i simbolizarea tranzistorului cu o linie continu ntre dren i surs. Pentru uGS=0 canalul mpreun cu substratul reprezint o jonciune p-n polarizat invers. n consecin, apare o regiune de trecere care ptrunde mai adnc n semiconductorul mai puin dopat (p) lipsit de purttori mobili de sarcin i care izoleaz astfel canalul de substrat. i de aceast dat, tranzistorul nu prezint caracteristica de intrare. Pe msur ce crete (uDS) se extinde regiunea de sarcin spaial dar fr efect asupra conducie canalului care, spre deosebire de TEC-J este un canal superficial i nu unul de volum. n schimb, apariia cmpului electric E srcete canalul de purttori mobili de sarcin i prin urmare scade conducia n canal pn cnd aceasta se optimizeaz. Spre deosebire de TEC-J cu canal n, uGS poate avea orice polaritatea. O tensiune de gril pozitiv va conduce la mbogirea cu electroni a canalului i deci la o mai bun conductibilitate, n timp ce o tensiune negativ va srci canalul n purttori mobili de sarcin.

TEC-MOS cu canal indusLa acest tip de tranzistor canalul este format prin apariia stratului de inversie la suprafaa substratului.

Schem de alimentare TEC-MOS cu canal indus.

La o tensiune uGS=0 tranzistorul este blocat, ceea ce nseamn c indiferent de valoarea tensiunii dintre dren i surs curentul prin tranzistor va fi nul. Din acest motiv la simbolizarea tranzistorului se utilizeaz linia ntrerupt ntre dren i surs. Canalul n se formeaz la suprafaa substratului dac alimentm tranzistorul ntre gril i surs cu o tensiune uGS=UP, unde UP este tensiunea de prag a tranzistorului. Curentul de dren se modific n funcie de uDS similar cu situaia de la MOS cu canal iniial. Canalul se stranguleaz pentru uGD=UP. De aici rezult ca strangularea canalului apare pentru uDS= uGS-UP.

Caracteristicile grafice ale TEC-MOSCaracteristicile de ieire.Pentru evidenierea funcionrii TEC-J se pornete de la trasarea caracteristicii de ieire din figura de mai jos

a) TEC-MOS cu canal iniial b) TEC-MOS cu canal indus Caracteristica de ieire pentru TEC-MOS. Caracteristicile de ieire prezint dou zone de funcionare: zon liniar, n care pentru o tensiune UGS impus, curentul de dren ID crete la creterea tensiunii aplicate canalului UDS; zon de saturaie, n care pentru o tensiune UGS impus, curentul de dren ID nu se modific la creterea tensiunii aplicate canalului UDS. n zona de saturaie curentul de dren nu se schimb prin modificarea UDS ci numai prin modificarea potenialului grilei UGS. Aceast dependen este exprimat astfel m I DSS = ( U GS U P ) , m [ 1, 2] Unde: IDSS curentul de saturaie, coeficient specific tranzistorului cu dimensiunea 1 , VT tensiunea de tiere, m=2 coeficient teoretic are valoarea specificat. n zona liniar a caracteristicilor statice curentul de dren ID , pentru o tensiune aplicat grilei constant (UGS = constant), se modific liniar cu tensiunea UDS, ceea ce nseamn c dispozitivul ntre dren i surs se comport ca o rezisten. Curentul de dren respect relaia lege lui Ohm pentru rezistene.

ID =

U DS = G U DS Rcanal

unde G este conductana canalului (drenei). Valoarea rezistenei ohmice echivalente depinde de tensiunea aplicat pe poart; avem o regiune de rezisten controlat. Un rezistor adevrat este ns un dispozitiv simetric: bornele sale pot fi inversate i comportarea sa rmne aceeai. n consecin, pentru a putea nlocui un rezistor, tranzistorul ar trebui s-i extind comportarea liniar a caracteristicii i la tensiuni negative. Pentru tensiuni dren surs mici n valoare absolut, aa se i ntmpl, dup cum se poate constata pe figura de mai sus n aceast regiune, tranzistorul este echivalent cu un rezistor de rezisten 1 RDS = 2 K ( U GS U P ) controlat de tensiunea aplicat pe poart. Cum parametrul K nu este dat explicit n foile de catalog, este mult mai util s scriem relaia precedent n funcie de rezistena RDS0 obinut la o valoare particular UGS0 a tensiunii poart-surs U UP RDS = RDS 0 GS 0 U GS U P ntr-a doua regiune, tranzistorul se comport cu totul altfel: la valori UDS mari, curentul nceteaz practic s mai depind de tensiunea dren-surs, ieirea comportndu-se ca o surs de curent controlat de tensiunea de poart. Se observ aici saturaia curentului de dren n raport cu tensiunea dren-surs. n regiunea de surs de curent controlat, se poate ridica caracteristica de transfer i se poate defini transconductana. Cu tranzistorul n acest regim de funcionare se pot realiza amplificatoare (pentru c ID nu este saturat n raport cu mrimea de intrare UGS ci, din contr, este controlat practic numai de aceasta). Este foarte important s cunoatem limita aproximativ ntre cele dou regiuni de funcionare. Astfel, pentru o tensiune poart-surs fixat, frontiera ntre regiunea de rezistor controlat i aceea de surs de curent controlat este la o valoare a tensiunii dren-surs egal cu comanda porii U DSlimita = UGS U P .

Caracteristica de transfer.Aceast caracteristic prezint utilitate practic numai pentru regiunea pentod, regiune n care funcioneaz tranzistorul atunci cnd este utilizat ca amplificator. Deoarece n regiunea pentod ID nu se modific practic cu UDS, va exista o singur caracteristic de transfer a tranzistorului. Aceast caracteristic este prezentat n Fig.6.5.

a) TEC-MOS cu canal iniial b) TEC-MOS cu canal indus Caracteristica de ieire pentru TEC-MOS. Pentru tensiuni UDS suficient de mari, caracteristica de transfer arat ca n Fig.6. Cu tensiune ntre poart si surs mai mic dect UP, nu exist curent de dren; la aplicarea unei tensiuni care depete valoarea UP, apare o dependen ntre valoarea curentului i tensiunea pe poart. Dac tensiunea poart-surs UGS depete tensiunea de prag UP, curentul depinde parabolic de UGS.

Efectul polarizrii substratuluiPn n prezent s-a considerat c sursa i substratul se afl la acelai potenial. Dac potenialul substratului este diferit de 0, atunci acest potenial trebuie s polarizeze invers jonciunea surs-substrat. Rezult c potenialul substratului, n cazul nMOS, trebuie s fie mai mic dect cel al sursei iar n cazul pMOS trebuie s fie mai mare dect potenialul sursei. Dac sursa nMOS este conectat la mas atunci substratul trebuie s fie legat la un potenial negativ sau tensiunea surs-substrat s fie totdeauna pozitiv, USB>0. La pMOS, asemntor, trebuie USB0 n cazul tranzistorului nMOS cu canal indus const n creterea valorii tensiunii de prag (cretere spre valori pozitive). Efectul polarizrii substratului cu USB