Частотные свойства пт

Как и любой другой полупровод­никовый прибор, полевой транзистор может быть заменен упро­щенной моделью или эквивалентной схемой. Один из вариантов такой схемы для ПТ с р-n-затвором показан на рис. 3.

Рис. 3. Эквивалентная схема ПТ

Представленная схема построена, исходя из устройства ПТ, и пригодна для режима работы с малыми переменными сигналами.

Управляющий p-n-переход затвора представлен двумя RC-цепочками:

− одна, состоящая из дифференциального сопротивления r_зи и барьерной емкости С_зи, моделирует ту часть р-п-перехода, которая примыкает к истоку;

− другая, состоящая из дифференциального сопротивления r_зс и барьерной емкости С_зс, моделирует часть р-n-перехода, примыкающую к стоку.

Так как р-n-переходы затвора имеют обратное смещение, то сопротивления r_зи и r_зс, определяющие входное сопротивление ПT, имеют величину в несколько МОм. Емкости С_зи и С_зс не превышают единиц пикофарад.

Канал представлен на схеме дифференциальным внутрен­ним сопротивлением ПТ r_i. Усилительные свойства ПТ отобра­жаются генератором тока SU_зи.

Приведенная эквивалентная схема или схема замещения пригодна для расчета и анализа в широком диапазоне частот. На низких частотах ее можно упростить, исключив из ее соста­ва все емкостные элементы.

Рассмотренную схему используют в качестве эквивалент­ной и для МДП-транзисторов.

С ростом частоты входного сигнала усилительные свойства полевых транзисторов ухудшаются, а при работе с импульсными сигналами они имеют ограничен­ное быстродействие.

Как следует из принципа действия полевых транзисторов, в них, в отличие от биполярных транзисторов, отсутствуют та­кие явления, как накопление неосновных носителей, а также медленные процессы их диффузии.

Причинами ухудшения усилительных свойств или инер­ционности полевых транзисторов являются такие физические факторы:

− конечное время движения носителей в канале;

− конечное время процессов перезаряда барьерных емкос­тей С_зи и С_зс структуры полевых транзисторов.

Инерционность ПТ определяется, прежде всего, процессами перезаряда емкостей С_зи и С_зс. При этом характер их действия различен. Емкость С_зи шунтирует вход ПТ. С ростом частоты ее сопротивление уменьшается, что приводит к пропорциональному уменьшению входного сопротивления. Затраты мощности входного сигнала на управление ПТ возрастают и его усиление падает.

Емкость С_зс образует цепь частотно-зависимой обратной связи в транзисторе: с повышением частоты ее сопротивление падает, и часть мощности выходного сигнала через эту цепь по­падает на вход, а не в нагрузку. Поэтому при производстве ПТ принимают все возможные меры, способствующие уменьшению емкостей С_эи и С_зс.

На частотные свойства ПТ оказывает влияние также конеч­ное время движения носителей в канале t_к. На схеме рис. 3 этот фактор учитывается тем, что крутизна ПТ считается час­тотно зависимой величиной вида:

, (2)

где S₀ − значение крутизны на низких частотах; − предельная частота ПТ.

На частоте ω = ω_S крутизна S принимает значение 0,0707 S₀. Частота ω_S = (2πf_S) − частотный параметр ПТ.

Время распространения сигнала в канале t_к в значительной степени зависит от подвижности основных носителей канала. Поскольку электроны в кристалле полупроводника имеют более высокую подвижность, чем дырки, то транзисторы с каналами n-типа имеют более высокие значения предельных частот. Эти транзисторы могут работать на более высоких частотах.

Частотные свойства ПТ с p-n-затвором и МДП-транзисторов существенно не различаются и примерно такие же, как у бипо­лярных транзисторов. Наилучшие частотные свойства получают у ПТ из арсенида-галлия с переходами Шоттки.