Эквивалентная схема и частотные свойства

полевых транзисторов

При анализе электронных схем на полевых транзисторах удобно транзистор представить в виде схемы замещения с сосредоточенными параметрами. Исходя из принципа действия транзистора ясно, что электропроводность канала и напряжение на его участках зависят от продольной координаты в пространстве исток-сток. Поэтому полевой транзистор является устройством с распределенными параметрами. Однако для упрощения анализа его с некоторыми допущениями представляют в виде эквивалентной схемы с сосредоточенными параметрами. На рис. 4.21 представлена упрощенная физическая малосигнальная эквивалентная схема транзистора, включенного по схеме с общим истоком, а подложка соединена с истоком.

В этой схеме резистор R_i характеризует внутреннее дифференциальное сопротивление транзистора, а конденсаторы характеризуют следующие емкости: С_зи – емкость между затвором и истоком; С_зс – емкость между затвором и стоком; С_си – емкость между стоком и истоком (подложкой). Генератор тока SU_зи отражает усилительные свойства транзистора. Ток этого генератора пропорционален входному напряжению U_зи.

Инерционные свойства полевых транзисторов зависят от скорости движения носителей заряда в канале, межэлектродных емкостей. В связи с этим, крутизна характеристики прямой передачи с ростом частоты f уменьшается по закону

. (4.13)

Частоту f_s, на которой крутизна характеристики прямой передачи уменьшается в раз по сравнению со своим значением S₀ на низкой частоте, называют предельной частотой крутизны.

С ростом частоты модуль крутизны (4.13) уменьшается, что приводит к снижению коэффициента усиления. Частота, на которой модуль коэффициента усиления по напряжению равен единице, называют граничной частотой, и она определяется по формуле

, (4.14)

где ; C_н – входная емкость следующей схемы (нагрузки) и емкость соединительных проводников.

Частота, где коэффициент усиления по мощности равен единице, называют максимальной частотой f_макс.

4.8. Основные параметры полевых транзисторов

1. Входное сопротивление ; его величина лежит в пределах сотни кОм – единицы МОм.

2. Внутреннее сопротивление представляет собой выходное дифференциальное сопротивление транзистора.

Наибольшее значение R_i достигается в пологой области характеристики и составляет десятки–сотни кОм. При использовании транзистора в цифровых схемах требуется обеспечить возможно меньшее R_i, что достигается увеличением крутизны.

3. Крутизна характеристики определяет наклон (крутизну) сток-затворной характеристики в заданной рабочей точке и показывает скорость нарастания тока стока, т.е. насколько изменится ток стока при изменении U_зи на 1 В. Для повышения крутизны необходимо уменьшать толщину подзатворного слоя диэлектрика и длину канала, увеличивать подвижность носителей в канале и его ширину. Так как m_n>m_p, то крутизна n-канальных транзисторов выше, чем p-канальных при одинаковых геометрических размерах и напряжениях на электродах.

4. Коэффициент усиления по напряжению определяет потенциальные возможности полевого транзистора как усилительного элемента и достигает значений в несколько сотен раз.

5. Крутизна характеристики по подложке показывает на сколько следует изменить напряжение на затворе, чтобы при изменении напряжения на подложке U_пи ток стока I_c остался неизменным (S_п = 0,1…1 мА/В).

6. Напряжение отсечки U_{зи отс} – напряжение, при котором происходит перекрытие канала, и его значение составляет 0,2…10 В.

7. Пороговое напряжение U_{зи пор} – напряжение, при котором происходит инверсия приповерхностного слоя и образование канала, его величина лежит в пределах 1…6 В.

8. Начальный ток стока I_{с нас} – ток стока при нулевом напряжении U_зи и при U_си равном или превышающем напряжение насыщения.

9. Напряжение насыщения U_{си нас} – напряжение на стоке, при котором происходит перекрытие канала.

10. Обратные токи истокового I_ио и стокового I_со переходов – ток, протекающий при перекрытии канала, т.е. при напряжении на затворе равном U_{зи отс}.

11. Максимальная частота усиления, f_макс – частота, на которой коэффициент усиления по мощности равен единице, составляет десятки –сотни МГц.

ГЛАВА 5