5.2. Характеристики и параметры малых сигналов

На рис. 5.2 и 5.3 представлено семейство характеристик типового полевого транзистора с управляющим р-n-переходом в области малых сигналов. Можно заметить, что качественно эти характеристики подобны характеристикам биполярного транзистора. При этом сток соответствует коллектору, исток -эмиттеру, а затвор -базе биполярного транзистора. Характеристики полевого транзистора отличаются от соответствующих характеристик n-р-n-транзистора рабочим диапазоном напряжения затвор-исток. Напряжение, при котором ток стока I_D принимает минимальное значение, называется пороговым напряжением U_P.

При величинах напряжений U_GS, больших U_P, передаточная характеристика транзистора, представленная на рис. 5.2, описывается уравнением

где I_DS -ток стока при U_GS = 0.

Рис. 5.2 Передаточная характеристика n-канального полевого транзистора

с управляющим n-переходом

Рис 5.3 Семейство выходных характеристик n-канального полевого транзистора

с управляющим р-n-переходом

На практике эта величина тока для полевого транзистора с управляющим р-n-переходом является предельной, так как положительных напряжений затвор-исток стараются избегать, чтобы не потерять преимуществ, обеспечиваемых малым током затвора.

Из выражения (5.1) следует, что ток стока при U_GS = U_P должен равняться нулю. Фактически это равенство выполняется лишь приближенно. Поэтому правильнее было бы определить значение U_GS, при котором величина тока стока становится равной нескольким микроамперам. Полученное таким образом значение не всегда будет удовлетворять равенству (5.1), поэтому удобнее вычислить величину у (I_D)^1/2 как функцию U_GS и экстраполировать полученную прямую линию до значения тока I_D = 0.

Выражение (5.1) можно использовать также и для описания передаточных характеристик МОП-транзисторов, как нормально открытых, так и нормально закрытых, если учесть знаки величин U_GS и U_P. Для нормально закрытых МОП-транзисторов в качестве величины I_DS используется ток стока при U_GS = 2 U_P. Смысл этого становится ясным при сравнении передаточных характеристик МОП-транзисторов обедненного и обогащенного типов на рис. 5.4 и 5.5.

Рис 5.4 Передаточная характеристика нормально открытого n-канального полевого транзистора

Рис 5.5 Передаточная характеристика.нормально закрытого n-канального полевого транзистора

Напряжение затвор исток для МОП-транзисторов может повышаться до величины напряжения пробоя оксидного слоя, составляющего около 50 В, поэтому ток стока таких транзисторов может значительно превышать величину I_DS.

По передаточной характеристике транзистора может быть определен такой его параметр, как крутизна:

Дифференцированием выражения (5.1) можно определить крутизну

Особый интерес представляет значение крутизны при I_D = I_DS, обозначаемое через S_S. Для полевых транзисторов с управляющим р-n-переходом это максимально значение крутизны. Из выражения (5.2) находим

Теперь по легко определяемым опытным путем параметрам S_S и I_DS можно просто получить напряжение отсечки. Типовые значения параметров маломощного полевого транзистора составляют:

Можно отметить, что при равных токах стока полевого и коллектора биполярного транзисторов крутизна полевого транзистора существенно ниже, чем биполярного.

На рис. 5.3 представлены выходные характеристики полевого транзистора-графики зависимости между I_D и U_DS при различных фиксированных значениях U_GS. Характеристики имеют одинаковый вид как для нормально открытых, так и для нормально закрытых полевых транзисторов. При малых значениях U_DS ток I_D возрастает приблизительно пропорционально U_DS. Полевой транзистор в этой области режимов эквивалентен омическому сопротивлению, величина которого может управляться напряжением U_GS. При напряжениях ниже точек перегиба

семейство выходных характеристик описывается выражением

Эта зона семейства выходных характеристик называется начальной зоной.

Зона семейства выходных характеристик, находящаяся за точками перегиба, называется зоной сжатия. В этой зоне ток стока зависит только от напряжения U_GS и очень незначительно от U_DS, что соответствует выражению (5.1). Остаточная зависимость тока от напряжения U_DS характеризуется дифференциальным выходным сопротивлением

Как и у биполярных транзисторов, дифференциальное выходное сопротивление снижается при увеличении тока стока I_D, причем приблизительно, обратно пропорционально величине (I_D)^1/2.