Дифференциальные параметры транзистора с p–n–затвором

Ток стока в полевом транзисторе с р-n-затворoм зависит от двух переменных — напряжения затвора и напряжения стока: I _с = f (U _зи, U _си)- Запишем выражение для полного дифференциала тока стока:

Частные производные в этом выражении определяют приращение токов при изменении напряжений электродов, поэтому их можно взять в качестве дифференциальных параметров транзистора. Их обозначают следующим образом: – крутизна (проводимоcть прямой передачи) транзистора; – выходная проводимость транзистора; иногда вместо выходной проводимости берут обратную ей величину R _i, называемую внутренним сопротивлением транзистора.

Использовав эти обозначения и заменив бесконечно малые приращения независимых переменных малыми гармоническими колебаниями с амплитудами и , найдем амплитуду гармонического колебания тока:

(7.18)

Рассмотрим дифференциальные параметры полевого транзистора.

Крутизна. Крутизна характеризует управляющее действие затвора; численно она равна величине изменения тока стока при изменении напряжения затвора на 1 В. Обычно крутизну выражают в миллиамперах на вольт (мА/В).

Из выражений (7.13) и (7.11) получим, что

(7.19)

т. е. крутизна обратно пропорциональна сопротивлению канала; чем оно меньше, тем выше крутизна. Но сопротивление канала

следовательно, для получения высокой крутизны необходимо иметь малое отношение длины канала l кего ширине w, т. е. короткий и широкий канал. Практически, как указывалось, длина канала l может составлять единицы микрометров, а его ширина — тысячи микрометров. Толщина канала ограничивается требуемой величиной напряжения отсечки. Из соотношения (7.2) следует, что

Тогда при U _зи=0

(7.20)

Из выражения (7.19) вытекает, что крутизна линейно зависит от напряжения затвора и имеет максимальное значение при U _зи = 0 Для практического определения крутизны можно воспользоваться выходными характеристиками. Например, для транзистора 2П303 (см. рис. 7.3) найдем, что

Выходная проводимость. Выходная проводимость характеризует влияние напряжения стока на ток стока; численно она раина величине изменения тока стока (в микроамперах) при изменении напряжения стока на 1 В. Так же как и крутизну, выходную проводимость можно определить по выходным характеристикам. Для транзистора 2П303 выходная проводимость (см. рис. 7.3) равна

Величина выходной проводимости у полевого транзистора очень мала, она обусловлена изменением эффективной длины канала при изменении напряжения стока.

Коэффициент усиления. Для того чтобы сравнить воздействие напряжений стока и затвора на ток стока, введем еще один параметр — коэффициент усиления m, равный отношению приращений напряжений стока и затвора, вызывающих одинаковое по величине и противоположное по знаку приращение тока стока:

(7.21)

Из соотношения (7.18) получим, что коэффициент усиления

m= S/G _вых = SR_i (7.22)

равен отношению крутизны к выходной проводимости, или произведению крутизны на внутреннее сопротивление транзистора.

Зависимость дифференциальных параметров от частоты. Частотные свойства полевого транзистора обусловлены главным образом влиянием междуэлектродных емкостей и распределенных сопротивлений канала, стока и истока (рис. 7.6,а). К ним относятся:

емкости затвора на исток С_зи и подложку С_зп, определяющие реактивную составляющую входного (управляющего) тока;

емкость затвора по отношению к каналу С_зк,образующая совместно с сопротивлением r'_к канала и сопротивлением r _иистока RC -цепочку, снижающую крутизну, т. е. эффективность управления на высо­ких частотах;

емкость стока на затвор С_зс, создающая цепь обратной связи выходной цепи с входной, ограничивающая устойчивость усиления на высоких частотах;

емкость стока на подложку С_сп, обусловливающая реактивную составляющую выходного тока.

На рис. 7.6,бпредставлена эквивалентная схема полевого транзистора, отображающая все перечисленные элементы его структуры. В выходную цепь включены внутреннее сопротивление транзистора R_i, характеризующее воздействие стока на выходной ток (ток стока), и источник тока , определяющий управляемую составляющую выходного тока. Крутизна S при этом зависит от частоты входного напряжения. Найдем эту зависимость.

Напряжение на электронно-дырочном переходе затвора, определяющее эффект управления,

(7.23)

где полное сопротивление цепочки затвор — исток

Подставив это значение Z_зи в формулу (7.23), получим

,

где

(7.24)

Крутизна характеристики

Обозначив значение крутизны характеристики при w=0, окончательно получим

(7.25)

Модуль крутизны

(7.26)

Eго зависимость от частоты такая же, как для модулей коэффициента передачи тока α~ и b~ биполярного транзистора (см. рис. 5.3). При w = w_s крутизна S= S₀/ , т. е. она уменьшается в раз по сравнению со своим значением на низкой частоте.

Назовем величину w_s предельной частотой проводимости прямой передачи.

Внутреннее сопротивление полевого транзистора R i можно считать не зависящим от частоты, ввиду того что длина канала, а, следовательно, и его индуктивность очень малы; время распространения сигнала вдоль канала также очень мало.

Дата добавления: 2015-07-08