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 усиленияК_U, внутреннее диффференциальное сопротивлениеR_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 крутизныSследует 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_Uполевого транзистора характеризует изменение напряжения на стокеU_сив зависимости от изменения напряженияU_зина 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,SиR_icуществует связь:

. (5.15)

Действительно, . ПолагаяS=0,1…5мА/В,R_i=10²кОм, для величиныμполучаем 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 токаI_св цепи стока.

Быстродействие ПТ с затвором в виде р-nпереходов обусловлено зарядкой барьерных емкостейС_зизатворныхр-nпереходов через сопротивление каналаR_i. Постоянная времени затвора

τ_з=С_зи·R_i.

Граничная частота усиленияω_гр=1/τ_з= (С_зи·R_i)^-1 - это значение частоты, на которой коэффициент усиления полевого транзистораК_U=1. Подставляя в это выражение значениеR_i=К_U /S, гдеК_Uпринято 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_зимала, физически достижимое быстродействие определяется временем пролётаt_прносителей заряда через канал длинойL_кполевого транзистора. Время пролёта определяется соотношением, гдеv_др– скорость дрейфа носителей в электрическом поле с напряженностьюЕ.

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.