2.1. Вольтамперные характеристики полевых транзисторов

Основными вольтамперными характеристиками полевого транзистора являются входная, выходная и проходная характеристики, представленные на рис.3. Входная характеристика –зависимость тока затвораI_зот напряжения между затвором и истокомU_зи, приведена на рис.3.а. Она представляет собой обычную вольтамперную характеристику полупроводникового диода и практически не зависит от напряжения исток стокU_си. Обычно полевой транзистор работает при закрытомp–nпереходе, поэтому ток затвора очень мал.

Семейство выходных характеристик –зависимость тока стока I_сот напряжения исток стокU_сипри различных напряжениях на затворе U_зи, показано на рис.3.б. На рисунке выделены три области: 1–крутая область; 2–пологая область или область насыщения; 3–область электрического пробоя. Нормальная работа полевого транзистора, как усилителя мощности, осуществляется в области насыщения. При этом линейному увеличению напряжения на затвореU_зисоответствует линейное увеличение тока стока I_с. ЗависимостьI_с=f(U_зи) при фиксированном напряжении исток стокU_сназывается проходной характеристикой транзистора. Одна из таких зависимостей приведена на рис.3.в. На ней можно выделить линейный участок и два нелинейных участка. Первый нелинейный участок (область отсечки) наблюдается при напряжениях порядка напряжения отсечкиU_отс. Канал ПТ закрыт и ток стока мал. Второй нелинейный участок (область насыщения) возникает при подаче открывающего напряжения на затвор транзистора. При этом по каналу течет большой ток I_с0. В этом режиме вольтамперные характеристики ПТ обычно не снимаются и на рисунке область насыщения нанесена точками.

2.2. Частотные свойства полевых транзисторов

Частотные свойства полевых транзисторов находится в прямой зависимости от времени пролета носителей заряда вдоль канала, т.е. от длины проводящего канала и скорости носителей. Современные технологии позволяет изготовления ПТ с очень малой длиной канала, достигающей нескольких микрометров. Подвижность электронов выше подвижности дырок, поэтому высокочастотные ПТ обычно выполняют с каналом nтипа. Скорость носителей тока увеличивается при увеличении напряженности поля в канале, однако при напряженности поля больше некоторого значения наступает насыщение скорости. Частотные свойства ПТ зависят также от межэлектродных емкостей транзистораС_зи(затвористок), С_зс(затворсток)С_си(стокисток). и сопротивления канала.

Изготавливаемые в настоящее время высокочастотные ПТ работают до частот порядка ГГц. Для низкочастотных ПТ ограничения частотного диапазона обычно связаны с входной емкостью затвора С_зисоставляющей единицы–десятки пикофарад.

3. Усилители на полевых транзисторах

3.1.Общие сведения об электронных усилителях

Усилителем называется такое устройство, в котором сравнительно маломощный входной сигнал управляет передачей гораздо большей мощности от источника питания в полезную нагрузку.

Основной задачей любого усилителя является повышение уровня мощности сигнала. Если мощность сигнала на нагрузке не превышает мощности сигнала на входе, то прибор не может считаться усилителем. Например, повышающий трансформатор нельзя считать усилителем, поскольку в нем мощность во вторичной обмотке такая же (даже несколько меньше за счет потерь), как и в первичной обмотке. Повышение напряжения сопровождается соответствующим уменьшением тока. Не только трансформатор, но и любое другое пассивное устройство (не содержащее источников питания) не способно увеличивать мощность. Усилитель же всегда работает совместно с тем или иным источником питания (батарея, выпрямитель). Именно энергия источника питания и обеспечивает повышение мощности на выходе усилителя.

В простейшем случае электронный усилитель можно представить в виде цепи, состоящей из источника питания Еи последовательно включенных сопротивлений нагрузки R_ни переменного внутреннего сопротивления полевого транзистораR_i(рис.4). По цепи +Е,R_н,R_i, –Eпротекает ток . Выходное напряжение усилителяU_вых=I_с R_н. Внутреннее сопротивление ПТR_iявляется переменным и зависит от входного напряжения усилителя. Увеличение напряженияU_вх=U_зПТ с каналомn– типа приведет к уменьшениюR_iи увеличениюI_с. Это, в свою очередь, приведет к увеличению выходного сигналаU_вых=I_с R_н. И наоборот, уменьшениеU_вхвызовет увеличениеR_i, уменьшениеI_с. и U_вых. Если входное напряжение является переменным (например, гармоническим), то и выходное напряжение будет изменяться по закону входного сигнала (если усилитель линейный).

Почему амплитудаU_выхбудет больше, чем амплитудаU_вхи почемуР_выхР_вх? Дело в том, что величина напряжения источника питанияЕзначительно большеU_вхи ток стокаI_с(и его изменение) значительно больше входного токаI_з. Таким образом маломощный входной сигнал управляет передачей гораздо большей мощности от источника питания в нагрузку. ОбычноЕ=1015 В,I_с=110мА,U_вх– десятки–сотни милливольт.