Эквивалентные схемы полевого транзистора

Исходя из принципа действия и структуры полевого транзистора, можно составить его эквивалентную схему для низких частот:

Генератор тока, включенный параллельно сопротивлению канала, отражает усилительные свойства транзистора. Ток этого генератора пропорционален входному напряжению ; коэффициентом пропорциональности является крутизна характеристики S.

Нужно учитывать, что ёмкость и сопротивление затвора распределены по всей его площади и что сопротивление канала так же является распределенным. В этом случае, эквивалентная схема полевого транзистора должна быть представлена в виде схемы с распределенными параметрами (рис. слева).

Однако такая схема значительно сложнее для выяснения свойств и характеристик полевого транзистора.

Кроме физических эквивалентных схем полевого транзистора можно представить и формальные эквивалентные схемы с y-, z- или h-параметрами. Так как входные и выходные сопротивления транзистора велики, то удобнее задавать и измерять комплексные параметры проводимости его формальной эквивалентной схемы.

Токи и напряжения на выводах полевого транзистора в режиме малого сигналадля схемы с общим истокм соответствуют следующим характеристическим уравнениям четырехполюсника:

Определяются y-параметры при режимах короткого замыкания по переменному току на выходе и входе транзистора:

Если эти режимы воспроизвести на эквивалентной схеме (первый рисунок), то можно найти формулы перехода от сосредоточенных элементов физической эквивалентной схемы к y-параметрам. Пренебрегая малыми проводимостями p-n-перехода затвора и объемными сопротивлениями полупроводника около истока и стока, получим:

Все эти параметры зависят от значений постоянных смещений на электродах полевого транзистора.

Эффекты поля

Под действием внешнего электрического поля, направленного нормально к поверхности полупроводника, в приповерхностном слое изменяется концентрация свободных носителей заряда и удельное сопротивление слоя. Это явление называется эффектом поля. В зависимости от направления поля и его напряженности различают три режима приповерхностного слоя: обеднение, инверсия и обогащение.

Режим обеднения характеризуется тем, что под действием поля E дырки (основные носители) смещаются от поверхности вглубь полупроводника так, что их концентрация у поверхности уменьшается. Электроны (неосновные носители) притягиваются к поверхности, но их концентрация в полупроводнике p-типа очень мала. Поэтому у поверхности образуется обедненный слой.

Режим обеднения наблюдается при небольшой напряженности внешнего поля. При большой напряженности внешнего электрического поля наблюдается режим инверсии.

Ему соответствует такое состояние приповерхностного слоя полупроводника, в котором поверхностная концентрация электронов (неосновных носителей) превышает концентрацию акцепторов. Тонкий хорошо проводящий слой n-типа с высокой концентрацией электронов и напряженность поля в инверсном слое резко уменьшается по мере удаления от поверхности.

При изменении направления внешнего электрического поля возникает режим обогащения, т.к. дырки притягиваются к поверхности и образуют обогащенный слой, где их концентрация выше концентрации акцепторов. Обогащенный слой характеризуется повышенной проводимостью.

Значение электростатического потенциала на поверхности полупроводника называется поверхностным потенциалом.