1.2.5. Вольтамперные характеристики мдп-транзисторов

В МДП-транзисторах канал образован избыточными носителями, заряд которых не скомпенсирован. Плотность поверхностного заряда Q_s можно считать равным нулю при U_ЗИ=U_ПОР. При U_СИ=0

Q_s=C₀(U_ЗИ-U_ПОР),

где C₀=εε₀/d – удельная емкость затвора (d – толщина диэлектрика).

При 0<U_СИ<U_НАС Q_s=C₀(U_ЗИ-U_ПОР- U(x))

Ток стока пропорционален напряженности поля E(x):

I_C=-μ_sQ_sWE(x)= μ_sWC₀(U_ЗИ-U_ПОР- U(x)) dU /dx,

где μ_s - поверхностная подвижность носителей (μ_s меньше объемной подвижности μ), W – ширина канала. Интегрируя это уравнение в пределах 0≤x≤L, 0≤U≤U_СИ получаем

(U_СИ≤U_НАС), (62)

где - удельная крутизна.

Начальные крутые участки ВАХ используются в ключевых (импульсных) схемах. При U_СИ<<U_ЗИ–U_ПОР можно пренебречь квадратичным членом в выражении (62) и получить линейную зависимость:

I_С=b(U_ЗИ – U_ПОР)U_СИ

Коэффициент при U_СИ называется проводимостью канала, а обратная величина – сопротивлением канала:

(63)

При U_СИ≥U_НАС подставляя (61) в (62), получаем

(64)

На рис.27а показано типичное семейство выходных характеристик МДП-транзисторов с индуцированным и встроенным каналом, раличающихся лишь значением порогового напряжения (1В и –3В).

Ш триховая линия на рис. 27а отделяет крутую область от пологой. Значения U_ЗИ, приведенные в скобках, соответствуют транзистору со встроенным каналом. Из начала координат характеристики выходят с разным наклоном, тангенс угла наклона в соответствии с формулой (62) пропорционален U_ЗИ –U_ПОР. В пологой области ВАХ неэквидистантны - с ростом U_ЗИ растет приращение тока стока при одинаковом шаге U_ЗИ в соответствии с формулой (64). Наклон характеристик в пологой области объясняется уменьшением сопротивления канала при расширении перекрытой части.

Передаточные (стоко-затворные) характеристики транзисторов с индуцированным и встроенным каналом для области насыщения показаны на рис.27б. Они совпадают по форме, но сдвинуты по оси U_ЗИ на разность пороговых напряжений.

1.2.6. 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.