4.2. Схемы включения полевых транзисторов
Так же, как и биполярные транзисторы, полевые транзисторы могут иметь три схемы включения: с общим истоком, с общим стоком и с общим затвором. Схема включения определяется тем, какой из трех электродов транзистора является общим и для входной и выходной цепи. Очевидно, что рассмотренный нами пример (рис. 4.2) является схемой с общим истоком (рис. 4.4, а).
С
хема
с общим затвором (рис. 4.4, б) аналогична
схеме с общей базой у биполярных
транзисторов. Она не дает усиления по
току, а входное сопротивление здесь
маленькое, так как входным током является
ток стока, вследствие этого данная схема
на практике не используется.
Схема с общим стоком (рис. 4.4, в) подобна схеме эмиттерного повторителя на биполярном транзисторе и ее называют истоковым повторителем. Для данной схемы коэффициент усиления по напряжению близок к единице. Выходное напряжение по величине и фазе повторяет входное. В этой схеме очень высокое входное сопротивление и малое выходное.
4.3. Статические характеристики полевых транзисторов
Статическими характеристиками полевого транзистора с управляющим p–n-переходом являются управляющие и выходные характеристики. Очень малая величина входного тока (практически его отсутствие) в полевом транзисторе исключает наличие входных характеристик и характеристик обратного действия.
1. Управляющие (стокозатворные) характеристики. Эти характеристики показывают управляющее действие затвора и представляют собой зависимость тока стока от напряжения на затворе при постоянстве напряжения стока:
|
(4.1) |
.На рис. 4.5, а представлены управляющие характеристики полевого транзистора с каналом n-типа.
2. Выходные (стоковые) характеристики.
Семейство этих характеристик представляет собой зависимость тока стока от напряжения стока при неизменном напряжении на затворе:
|
(4.2) |
.Вид этих характеристик представлен на рис. 4.5, б.
С
увеличением
ток сначала растет довольно быстро, но
затем его рост замедляется и наступает
явление, напоминающее насыщение, хотя
с ростом
ток стока так же должен возрастать. Это
объясняется тем, что с ростом
возрастает обратное напряжение на
p–n-переходе
и увеличивается ширина запирающего
слоя, а ширина канала соответственно
уменьшается. Это приводит к увеличению
его сопротивления и уменьшению тока
. Таким образом, происходит два взаимно
противоположных влияния на ток, в
результате чего он остается почти
неизменным. Чем больше запирающее
напряжение подается на затвор, тем ниже
идет выходная характеристика. Повышение
напряжения стока, в конце концов, может
привести к электрическому пробою
p–n-перехода,
и ток стока начинает лавинообразно
нарастать. Напряжение пробоя является
одним из предельных параметров полевого
транзистора.
4.4. Основные параметры полевых транзисторов
1. Крутизна характеристики:
|
(4.3) |
,где
приращение
тока стока ;
приращение
напряжения на затворе.
Крутизна характеризует управляющее действие затвора. Этот параметр определяют по управляющим характеристикам.
2.
Внутреннее
(выходное) сопротивление
:
|
(4.4) |
,где
приращение
тока стока ;
приращение
напряжения стока.
Этот
параметр представляет собой сопротивление
транзистора между стоком и истоком
(сопротивление канала) для переменного
тока. На пологих участках выходных
характеристик
достигает сотен кОм и оказывается во
много раз больше сопротивления транзистора
по постоянному току
.
Коэффициент усиления
:
|
(4.5) |
.
Коэффициент
усиления показывает, во сколько раз
сильнее действует на ток стока изменение
напряжения затвора, нежели изменение
напряжения стока, т.е. выражается
отношением таких изменений
и
, которые компенсируют друг друга, в
результате чего ток остается постоянным.
Для подобной компенсации
и
должны иметь разные знаки, что определяет
наличие знака «–» в правой части
выражения (4.5).
Эти три параметра ( , S , ) связаны между собой зависимостью:
|
(4.6) |
.4. Входное сопротивление :
|
(4.7) |
,где приращение тока стока ; приращение напряжения на затворе.
Поскольку током затвора является обратный ток p–n-перехода, который очень мал, то входное сопротивление оказывается очень большим, что является основным достоинством полевого транзистора.
5.
Входная
ёмкость
между затвором и истоком
,
которая является барьерной ёмкостью
p–n-перехода
и может составлять единицы – десятки
пФ в зависимости от способа изготовления
полевого
транзистора.
Типовые
значения параметров кремниевых полевых
транзисторов с управляющим
p–n-переходом:S=0,3…3
;
Ом;
МОм;
=0,2…10 пФ.
Еще одним важным достоинством полевого транзистора является гораздо меньшая температурная зависимость по сравнению с биполярными транзисторами. Это связано с тем, что в полевом транзисторе ток вызван перемещением основных носителей, концентрация которых в основном определяется количеством примеси и поэтому мало зависит от температуры. Полевой транзистор обладает более высокой стойкостью к действию ионизирующего излучения. Недостатком полевых транзисторов является недостаточно высокая крутизна S , что несколько ограничивает область их применения.