Рис. 30. Малосигнальная гибридная П-модель биполярного транзистора

Типичные значения элементов лежат в следующих пределах:

Сопротивления RЭЭ’ и RКК’ обычно малы, и ими пренебрегают. Емкости СБЭ, СКЭ и СБК – паразитные и имеют значения от 0,4 до 2 пФ.

Гибридная П-модель содержит управляемый напряжением источник тока, что позволяет при анализе транзисторных цепей на малом сигнале воспользоваться простой узловой формой записи уравнений. Для анализа схем с помощью модели Эберса-Молла необходима модифицированная узловая форма записи уравнений.

5.8.7. Схемные модели полевого транзистора

Полевые транзисторы это приборы, свойства которых можно описать системой уравнений:

139

IС=f(VЗИ,VСИ).

Отметим, что детальное моделирование требует рассмотрения подложки в качестве вывода, однако это обстоятельство не будет принято во внимание в анализе.

Дадим описания двух типов полевых транзисторов. Представителями первого типа являются полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом и полевые транзисторы с затвором Шоттки. В каждом из них в качестве основных носителей могут быть электроны или дырки. И тогда об этих транзисторах говорят, что они имеют канал n- или p-типа. Ток сток-исток IC для прибора с n- каналом определяется следующим выражением:

а) для линейной области

В (96) и (97) обозначено:

I0 ток стока при VСИ +Vb=0 и VСИ=-V0 ,

V0 напряжение отсечки канала затвора (обычно около 4 B),

Vb внутренний потенциал, отрицательный для n-канального и положительный для p-канального полевого транзистора (обычно около 0,7 В),

VЗИ,VСИ напряжение затвор-исток и сток-исток.

Для прибора с n-каналом все напряжения положительные, для прибора с p- каналом – отрицательные.

В области насыщения емкость

140

где С0 половина полной емкости затвор-исток при VЗИ +Vb=0 и VСИ=-V0. Уравнение (105) используется для линейной области, причем фактические значения емкости будут несколько меньше. В заключение отметим, что емкость

И

Рис. 31. Модель полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

для большого сигнала

Другой тип полевых транзисторов это транзисторы с изолированным затвором и МОП-транзисторы. Их токи, показанные на рис. 32, определяются уравнениями:

где - коэффициент усиления; Vпор - пороговое напряжение. Обычно значение Vпор находится между 0 и 1,5 В и постоянно для применяемой технологии изготовления транзистора. Численое значение Vпор равно напряжению затвор-

141

исток, при котором ток сток-исток равен 0,1 мкА, в условиях короткого замыкания между затвором и стоком. Уравнения (106) имеют силу для транзисторов со встроенным каналом.

СПЗ

Подложка

Рис. 32. Эквивалентная схема для МОП-транзистора и транзистора с изолированным затвором с n-каналом

где А - площадь; 0 - диэлектрическая проницаемость; ЕR - диэлектрическая проницаемость вакуума; tокс - толщина оксидной пленки.

Рабочая точка полевого транзистора обеспечивается подачей на прибор постоянных напряжений. Это приводит к появлению токов

IЗ=0 ,

IС0=f(VЗИ0,VСИ0),

142

и малые приращения напряжений в рабочей точке вызывают малые вариации тока IC . Разлагая IC в ряд Тейлора и сохраняя только линейные члены, получаем

dIc=( f/ VЗИ)dVЗИ+( f/ VCИ)dVСИ. (108)

если напряжение VСИ поддерживать постоянным, то второй член выражения исчезает и

Константа gm , имеющая размерность проводимости, показывает степень влияния на ток IC напряжения, приложенного к выводам затвор-исток. Поэтому gm представляет собой крутизну управляемого напряжением источника тока, а GСИ - проводимость, подключенную к выводам сток-исток. Уравнение (95) можно смоделировать линейной цепью, показанной на рис. 33. Это простейшая малосигнальная модель полевого транзистора. На более высоких частотах нужно принять во внимание емкости транзистора. Поэтому более правильной малосигнальной моделью полевого транзистора будет схема на рис. 34.

143