Вольт-амперные характеристики

Выходные характеристикив схеме с общим истоком:I_c=f(U_си)приU_зи=const

U_cи.нас = |U_зи.отс– U_зи|

При повышении напряжения на стоке выходной ток возрастает, но при этом уменьшается толщина канала по его длине и возрастает сопротивление, поэтому зависимость I_c отU_синелинейна, постепенно замедляется рост тока. КогдаU_сидостигает напряжения насыщенияU_си.нас, прекращается рост тока (по упрощенной теории). Горизонтальный участок выходной характеристики называетсяучастком насыщения. Реальные характеристики в области насыщения имеют небольшой наклон. Чем больше запирающее напряжение на затворе, тем раньше наступает перекрытие канала: при меньшемU_синаступает насыщение, и ток насыщенияI_с.насоказывается меньшим.

Передаточные(стоко-затворные) характеристики

определяют зависимость I_c=(U_зи) приU_си=const.

Обычно их строят для U_си >U_си.нас

Максимальное значение тока стока при U_зи= 0 называется начальным токомI_с.нач

Дифференциальные параметры

Ток стока зависит от 2 переменных: напряжений U_зи.иU_cи..

Приращение тока:

I_c = SU_зи + G_сиU_cи ,

или в системе Y- параметров:

I_c = Y₂₁U_зи+Y₂₂U_cи

Здесь Y₂₁илиS- это проводимость прямой передачи или крутизна передаточной характеристики:

S=dI_c/dI_зи при U_cи=const

Из-за нелинейного вида передаточной характеристики крутизна зависит от начальной точки на кривой:

S = (2I_c.нач./U_зи.отс), мА/В

Sимеет максимальное значение приU_зи=0 и линейно убывает до нуля при запирании транзистора.Sизмеряется вмА/В.

Y₂₂илиG_си- выходная проводимость:

G_си = dI_c/dU_си при U_зи = const

может быть определена по выходным характеристикам. Величина G_сиу полевого транзистора очень мала, ее наличие обусловлено изменением эффективной длины канала при изменении напряженияU_си.

Малосигнальная схема для переменных составляющих

С повышением частоты колебаний напряжений и тока сказывается влияние междуэлектродных емкостей, которые снижают показатели транзистора:

1. уменьшается крутизна ,

2. появляются емкостные составляющие входного и выходного тока,

3. появляется цепь внутренней обратной связи через проходную емкость, которая может нарушить устойчивую работу в схеме усилителя.

C₁₁ =C_зи- входная емкость, C₂₂=C_си- выходная емкость,

C₁₂ = C_3с -проходная емкость,C_3к- распределенная емкость между затвором и активной частью канала,r_к- поперечное сопротивление этого слоя.

Цепочка C_3кr_к снижает крутизну, т.е. эффективность управления на высоких частотах сигнала:

,

где –предельная частотакрутизны транзистора. На этой частотеSуменьшается враз по сравнению с низкими частотами. Реальные значенияf_s - десятки МГц.

На низких частотах входной ток в цепи затвора отсутствует. Входное сопротивление очень велико: R_вх = 10⁶..10⁹ Ом ; I_з.ут. = 0,05...0,1мкА..

2. Полевые транзисторы с изолированным затвором

Затвор - тонкая металлическая пленка - изолируется отканала- слоя полупроводника - с помощью слоя диэлектрика - обычноSiO₂. Эти транзисторы называются МДП (металл-диэлектрик-полупроводник), или МОП (металл-окисел-полупроводник) транзисторами. Для изоляции канала от подложки, в качестве которой используется кристалл полупроводника противоположной электропроводности, служит обычно смещенныйp-n-переход “канал-подложка”.

Различают МДП-транзисторы с индуцированнымивстроеннымканалом.

В конструкции МДП-транзистора с индуцированнымканалом проводящего слоя между сильно легированными областями стока и истока нет. Сопротивление участка “сток-исток” очень велико: два встречно включенных переходаp-n.

Если на затвор подать достаточно большой отрицательный потенциал, он “вытягивает” дырки из p-областей стока и истока и даже из подложки. При некотором значенииU_З.И.порконцентрации дырок в промежутке сток–исток становится преобладающей, – появляется проводящий канал с проводимостью типаp. Такой режим называетсяобогащением.

Стрелка от p-канала кn-подложке. Аналогично наp-подложке может быть получен канал типаn.

Для появления канала на затвор нужно подать положительное напряжение, по величине выше U_З.И.пор. Толщина канала 0.1..0.2 мкм регулируется напряжениемU_ЗИ.

Полярность напряжения сток-исток должна смещать переход канал-подложка в обратном направлении: дляp-каналаU_СИ<0, дляn-каналаU_СИ>0, т.е. полярности напряжений на затворе и стоке совпадают:

В этом случае толщина канала по его длине неодинакова: больше у истока и уменьшается по мере приближения к стоку. При U_СИ=U_СИ.НАСнаступает отсечка канала возле стока, а еслиU_СИ>U_СИ.НАС, то отсекается часть канала, через которую носители заряда проходят путем экстракции, т.е. за счет дрейфа через обедненный участок канала.