Полевой транзистор с плавающим затвором

Полевой транзистор с плавающим имеет два затвора. Один – управляющий, как у обычного транзистора, и второй, расположенный между управляющим и подложкой, окружен со всех сторон диэлектриком (рис 4.39). Потенциал второго затвора изменяется в зависимости от заряда в нем, отсюда и название «плавающий». Поскольку диэлектрик выполняют из окиси кремния, а плавающий затвор из нитрида, то такие структуры еще называют МНОП-транзисторами. На рис. 4.40 приведены проходные ВАХ такого транзистора. Когда заряда на плавающем затворе нет, то МНОП-транзистор работает как обычный МОП-транзистор и имеет проходную характеристику с пороговым напряжением U_П1 = (2¸3) В. Если на затвор подать высокий потенциал (28¸30) В, электроны из подложки туннелируют через тонкий слой диэлектрика и накапливаются на затворе 2. Появившийся отрицательный заряд экранирует управляющий электрод. Это приводит к увеличению порогового напряжения U_пор=15 В, и проходная характеристика принимает вид 2. Так как плавающий затвор окружен диэлектриком, то полученный заряд может храниться десятки лет. Чтобы убрать полученный заряд, надо подать на затвор большой отрицательный потенциал (–30 В), и транзистор возвращается в исходное состояние. Условное изображение МНОП-транзисторов приведено на рис. 4.41. На основе МНОП-структур выполняются интегральные перепрограммируемые запоминающие устройства (EPROM), например флэш-память.

Тиристоры

Тиристоры – это электрически управляемые элементы, особенностью которых является работа только в ключевом режиме. Наиболее предпочтительным является применение тиристоров в силовых регуляторах переменного напряжения. В силу низкого быстродействия и сложной схемы управления в информационной электронике тиристоры практически не применяются. В силовой электронике они тоже заменяются более простыми в управлении МДП-транзисторами. Схематическое устройство тиристора изображено на рис. 4.42 и функционально может быть представлено в виде соединенных в кольцо двух транзисторов
p-n-р- и n-p-n-типа.

Если между анодом (А) и катодом (К) приложено положительное напряжение, то обе транзисторные структуры оказываются в активном усилительном режиме. Транзисторы соединены так, что ток коллектора одного из них является током базы другого, и наоборот. Благодаря усилительным свойствам даже кратковременное задание тока базы одному транзистору через управляющий элемент (УЭ) приводит к лавинообразному нарастанию тока в этой кольцевой структуре. В результате оба транзистора оказываются в насыщении, а сопротивление участка анод-катод снижается до минимально возможной величины. Войдя в насыщение, транзисторы теряют усилительные свойства и теряют управляемость – запереть их воздействием на УЭ невозможно.

Запирание транзистора теперь возможно только за счет смены полярности напряжения анод-катод на противоположную. При знакопеременном источнике отключение происходит автоматически каждую отрицательную полуволну. Поэтому наиболее удобно использовать тиристор в качестве регуляторов знакопеременного напряжения промышленной сети.

а б Рис. 4.42. Условное графическое изображение тиристора: а – схематическое; б – функциональное

На рис. 4.43 приведена схема тиристорного регулятора и временные диаграммы, поясняющие процесс регулировки количества энергии в нагрузке за счет изменения временного положения импульса тока управления.

Рис. 4.43. Схема тиристорного регулятора переменного напряжения (а)
и временные диаграммы, поясняющие принцип время-импульсного
(фазового) регулирования (б)

Для регулирования в течение каждой полуволны знакопеременного источника применяются симисторы (симметричные тиристоры), конструкция которых в упрощенном варианте представляет встречно-параллельное соединение двух тиристоров с общим управляющим электродом.

Импульсный характер тока управления тиристора обеспечивает низкое среднее значение мощности управления, но МДП-структуры и по этому параметру превосходят тиристоры.