Эквивалентные схемы полевых транзисторов

Эквивалентная физическая схема полевого транзистора для области низких частот представлена на рис.3.

Рис. 3 Физическая эквивалентная схема полевого транзистора

Здесь ra, rc – объёмные сопротивления между концами канала и контактами истока и стока соответственно. На низких частотах влиянием rc можно пренебречь по сравнению с большим дифференциальным сопротивлением канала ri . Сопротивление rи общее для входной и выходной цепи, является сопротивлением внутренней обратной связи в полевом транзисторе, включённом по схеме с общим истоком. Генератор тока отражает усилительные свойства транзистора. Приведённая эквивалентная схема является универсальной. Для полевого транзистора с управляющим переходом ёмкости Сзи, Сзс и сопротивления rзи, rзc замещают p-n–переход. А в МДП–транзисторе, в связи с тем, что затвор изолирован от проводника диэлектриком, активные дифференциальные сопротивления rзи, rзc оказываются очень большими. Поэтому ими пренебрегают по сравнению с параллельно включёнными сопротивлениями. Можно пренебречь также очень малыми сопротивлениями rи, и rc сильно легированных областей истока и стока.

Так как входные и выходные сопротивления полевых транзисторов велики, то удобнее пренебречь и задавать комплексные параметры проводимостей его формальной эквивалентной схеме (рис.4). В режиме малого сигнала для схемы с общим истоком токи и напряжения на выходах полевого транзистора соответствует характеристическим уравнениям четырёхполюсника.

Рис.4. Формальная эквивалентная схема полевого транзистора (Y–параметры)

Y–параметры определяются при режимах короткого замыкания по переменному току на выходе и входе транзистора.

Можно определить связь элементов эквивалентной схемы с Y– параметрами. Пренебрегая, rи, rc , имеем:

Все эти параметры зависят от значений постоянных смещений на электродах полевого транзистора. В усилительной технике используются пологие участки ВАХ. Этой области соответствуют наименьшие нелинейные искажения сигналов и оптимальные значения малосигнальных параметров. Наиболее важные из них – крутизна управления по току S, внутреннее сопротивление

и собственный коэффициент усиления транзистора

Частотный предел и быстродействие полевых транзисторов ограничиваются постоянной времени τ = Cзк rк, где Cзк– распределённая ёмкость затвора относительно канала, rк– сопротивление канала. Предельная рабочая частота транзистора

Модели полупроводниковых приборов

Модели полупроводниковых приборов, как правило, нелинейные, можно сформировать двумя способами. При первом (физическом) способе проводят анализ электрических процессов, происходящих в структуре полупроводникового прибора, выражают токи и напряжения на электродах прибора в соответствии с процессами, происходящими в нем, что, собственно, и дает ВАХ прибора. Полученную модель представляют базовыми моделями резисторов, индуктивностей и емкостей, зависимыми и независимыми источниками тока и напряжения, добавив реактивные компоненты, соответствующие свойствам конструктивного оформления прибора, получают полную модель, причем в нее входят параметры структуры прибора и его корпуса.

При втором подходе используется ВАХ прибора, которая известна или снята экспериментально. ВАХ аппроксимируется с заданной точностью на том участке, на котором предполагается работа прибора. При этом модель будет содержать некоторые эмпирические коэффициенты, не связанные с реальной физической структурой прибора. При втором подходе за основу может быть принята также некоторая графическая модель.

Рассмотрим Модель полевого транзистора.