5.1.4. Параметры полевых транзисторов

Значение параметров определяется в пологой части выходной характеристики, там где выбирается рабочая точка. К ним относятся следующие: крутизна характеристики S, коэффициент усиления К_U, внутреннее диффференциальное сопротивление R_i.

1. Крутизна характеристики рассчитывается из соотношения

. (5.11)

Крутизна характеристики показывает, на сколько мА увеличивается ток стока I_c при изменении напряжения затвора на 1 В. Для определения крутизны S следует продифференцировать выражение (5.6) для входной характеристики :

,

где – максимальное значение крутизны приU_зи=0,

I_{c max}, U_отс – справочные параметры.

Следовательно, выражение для крутизны имеет вид

. (5.12)

Пример. По формуле (5.12) рассчитать значение крутизны S при U_зи= –2 В, если I_{c max}=5 мА, U_отс= –5 В.

Сначала рассчитаем . Следовательно,

. Таким образом, при увеличении по абсолютной величине напряжения на затворе значение крутизны характеристики уменьшается.

2. Коэффициент усиления К_U полевого транзистора характеризует изменение напряжения на стоке U_си в зависимости от изменения напряжения U_зи на затворе транзистора и определяется из соотношения

. (5.13)

3. Внутреннее (выходное) дифференциальное сопротивление полевого транзистора R_i характеризуется сопротивлением канала в области насыщения и определяется из соотношения

. (5.14)

Между коэффициентами К_U, S и R_i cуществует связь:

. (5.15)

Действительно, . ПолагаяS=0,1…5 мА/В, R_i=10² кОм, для величины μ получаем значения от 10 до 500.

5.1.5. Частотные свойства полевых транзисторов

Частотные свойства полевых транзисторов являются количественной характеристикой их быстродействия. Для оценки частотных свойств транзистора рассмотрим малосигнальную эквивалентную схему полевого транзистора при подаче на его вход переменного сигнала высокой частоты (рис. 5.10).

На этой схеме: С_зи≈1…5 пФ – входная емкость затвор-исток; С_зс≈0,2 пФ – проходная емкость затвор-сток; С_си ≈2…5 пФ – выходная емкость сток-исток; R_i≈0,1…1 МОм – внутреннее сопротивление транзистора; SU_зи – генератор тока I_с в цепи стока.

Быстродействие ПТ с затвором в виде р-n переходов обусловлено зарядкой барьерных емкостей С_зи затворных р-n переходов через сопротивление канала R_i. Постоянная времени затвора

τ_з = С_зи·R_i.

Граничная частота усиления ω_гр=1/τ_з= (С_зи·R_i)^-1 - это значение частоты, на которой коэффициент усиления полевого транзистора К_U =1. Подставляя в это выражение значение R_i=К_U /S, где К_U принято равным единице, получим:

, или . (5.16)

Пример. Рассчитать граничную частоту f_гр полевого транзистора с крутизной S=5 мА/В и емкостью С_зи=5 пФ:

.

Для ПТШ транзисторов, в которых емкость С_зи мала, физически достижимое быстродействие определяется временем пролёта t_пр носителей заряда через канал длиной L_к полевого транзистора. Время пролёта определяется соотношением , гдеv_др – скорость дрейфа носителей в электрическом поле с напряженностью Е.

Величину времени пролёта можно оценить из выражения для подвижности носителей заряда, например, электронов, μ_n:

,

где U_си – напряжение, приложенное к каналу.

Отсюда, время пролета равно

,

а граничная частота (5.17)

Пример. Рассчитать граничную частоту полевого транзистора, если μ_n=0,8 м²/В·с, U_cи=5 В, L_к=5·10^-6 м.

.

Таким образом, реальная граничная частота усиления полевого транзистора значительно ниже физически достижимой граничной частоты. Это связано с наличием паразитной входной емкости транзистора С_зи и высоким сопротивлением канала.