Дифференциальные параметры полевых транзисторов.

Ток стока в полевом транзисторе является функцией двух переменных –I_С= . Малые приращения связаны линейной зависимостью:

ΔI_С=SΔU_ЗИ+G_iΔU_СИ, (65)

где S – крутизна, G_i – выходная проводимость полевого транзистора. Величина, обратная выходной проводимости R_i=G_i^-1 называется выходным (иногда внутренним) сопротивлением Дифференциальные параметры S, G_i являются частными производными функции I_С= в выбранной рабочей точке

, (66)

Отношение приращений напряжений стока и затвора при постоянном токе стока называется статическим коэффициентом усиления μ:

(67)

Из соотношения (65) следует:

(68)

Из выражений (64) и (63) следует

S= b(U_ЗИ – U_ПОР)=1/r’_K (69)

Дифференциальные параметры можно найти как по выходным, так и по передаточным, характеристикам, беря отношения приращения переменных около рабочей точки с соблюдением условия линейности и постоянства другой независимой переменной. В качестве примера найдем дифференциальные параметры транзистора 2П303 в рабочей точке U_ЗИ=-1В, U_СИ=11В (рис.24):

В данном случае нельзя найти μ непосредственно по характеристикам, т.к. точка пересечения с другой характеристикой при заданном I_С выходит за пределы линейной области. Этот параметр вычисляется по формуле (68):

=2,820=56

Все три параметра можно найти непосредственно по передаточным характеристикам.

Частотные свойства полевых транзисторов.

Н а высоких частотах упрощенную малосигнальную эквивалентную схему как ПТ с p-n-затвором, так и МДП-транзистора, можно представить в виде, показанном на рис.28. Упрощение заключается в том, что здесь пренебрегается омическими сопротивлениями высоко легированных областей стока и истока и обратным током p-n-переходов.

В этой схеме С_ЗК – емкость между затвором и каналом, на заряжении которого основан сам принцип действия транзисторов, r’_K - распределенное сопротивление канала. Остальные емкости в схеме - емкость между затвором и истоком С_ЗИ, между затвором и стоком С_ЗC; стоком и подложкой С_CП. – являются паразитными. В ПТ емкости С_ЗИ, С_ЗС обусловлены боковой поверхностью затвора, в МДП-транзисторах – частичным перекрытием затвором областей стока и истока, в ПТ с затвором Шоттки эти емкости отсутствуют. R_i - выходное дифференциальное сопротивление.

Генератор тока в выходной цепи управляется напряжением с крутизной , зависящей от частоты. Сопротивление канала и ток стока не могут измениться, пока не зарядится емкость С_ЗК. Можно считать также, что генератор управляется напряжением на этой емкости с коэффициентом S₀, не зависящим от частоты. В этом случае эквивалентную схему называют физической, ее элементы не зависят от частоты. Емкость С_ЗК заряжается с постоянной времени _S, которая и является постоянной времени крутизны:

_S= r’_K С_ЗК (70)

Соответственно, частотная зависимость крутизны определяется выражением

, (71)

где S₀ – статическая крутизна, , – граничная частота крутизны, на которой . Постоянная времени крутизны квадратично зависит от длины канала и не зависит от его ширины.

Для ПТ с p-n-затвором , для МДП - .

Для транзисторов с n–каналом =1400см² (Вс), _s=500см² (Вс). При одинаковой длине канала L=10мкм, полагая U_ОТС=2В , U_ЗИ – U_ПОР=4В, получаем _S одного порядка величины для обоих видов транзисторов (0,7 и 0,5нс), которой соответствует граничная частота f_S=_S  (2)300МГц. Современная технология позволяет изготовлять МДП-транзисторы с L<1мкм и f_S>15 ГГц, что не удается реализовать в ПТ с p-n-затвором.

Постоянная времени крутизны _S определяет предельное быстродействие транзистора. В реальных схемах быстродействие часто ограничивается паразитными емкостями, которые определяют входную _вх и выходную _вых постоянные времени

_вх=R_ист.сC_вх, _вых=R_СC_вых,

где R_ист.с – сопротивление источника входного сигнала, C_вх и C_вых – входная и выходная емкость, C_вых= C_СП+C_Н, C_Н – емкость нагрузки, R_С – сопротивление нагрузки.

Проходная емкость C_ЗС сильно влияет на частотные свойства, образуя цепь обратной связи. Ток, протекающий через эту емкость

,

где K_U – коэффициент усиления по напряжению. Таким образом C_ЗС дает вклад во входную емкость с коэффициентом 1+K_U (эффект Миллера):

C_вх= С_ЗК+ C_ЗИ+(1+ K_U:)C_ЗС (72)

Ток, протекающий через емкость С_ЗС, создает на сопротивлении R_ист.с дополнительное напряжение , пропорциональное выходному напряжению. При определенном характере нагрузки оно совпадает по фазе с входным напряжением, что может привести к самовозбуждению усилителя.