увеличивать скорость движения носителей в канале, используя свойства структур ряда гетерогенных переходов, в которых возникает слой двумерного электронного газа.

Два последних способа повышения быстродействия ПТ используются в структурах, которые называются полевой транзистор с барьером Шоттки (ПТШ) и полевой транзистор с высокой подвижностью электронов, или гетеро- переходный полевой транзистор.

4.4. Аппроксимация вольт-амперных характеристик

При расчете усилителей на ПТ по постоянному току вместо достаточно сложных при инженерных расчетах соотношений для тока стока (4.1) и (4.2) очень часто используют упрощенные выражения, которые

также используют кусочную аппроксимацию ВАХ ПТ.

где UСИ нас = UЗИ − UЗИ отс – напряжение сток – исток насыщения.

В области насыщения UСИ > UСИ нас для упрощения таких расчетов счи- тается, что ток стока не зависит от величины напряжения UСИ , а задается толь- ко напряжением UЗИ согласно (4.15).

Удобство использования выражений (4.15) и (4.16) состоит в том, что они включают легко определяемые экспериментально параметры IС max и UЗИ отс .

Воспользовавшись (4.15), легко получаем выражение для дифференци- альной крутизны ПТ:

58

Зависимость тока стока от температуры обусловлена влиянием темпе- ратуры на величину контактной разности электронно-дырочного перехода и подвижность носителей заряда в канале ПТ. С одной стороны, рост темпе- ратуры приводит к уменьшению контактной разности потенциалов, умень- шению ширины управляющего перехода, т.е. расширению канала, а значит, уменьшению его сопротивления и росту величины тока стока. С другой сто- роны, увеличение температуры приводит к уменьшению подвижности носи- телей заряда, а значит, увеличению сопротивления канала и уменьшению тока стока.

Графики передаточных характеристик ПТ для различных температур представлены на рис. 4.9. В точке пересечения этих графиков ток стока не зависит от температуры, поскольку в ней

рассмотренные выше два фактора компенсируют друг друга. Такая точка характеристик ПТ называ-

ется термостабильной точкой (ТСТ).

Ток стока в ТСТ определяется по формуле

Если подставить (4.19) в (4.17), то можно легко определить крутизну в ТСТ:

Рабочая точка различных устройств на ПТ, предназначенных для ра- боты в широком диапазоне температур, должна совпадать с ТСТ, чтобы из- менения температуры не влияли на характеристики и параметры этих уст- ройств.

4.6. Практическое занятие

Цель:

1.Изучить основные математические модели ПТ.

2.С помощью пакета OrCAD построить семейства передаточных и выходных характеристик ПТ и выполнить расчет его дифференциальных параметров.

3.Изучить влияние температуры на ВАХ ПТ.

59

UЗИ = 0,5× UЗИ отс , UСИ = 5 В . Справочные данные для используемых в зада-

нии ПТ представлены в прил. 3.

1.1. Для построения семейства передаточных ВАХ ПТ с каналом n-типа необходимо создать документ Schematics, содержащий схему, показанную на рис. 4.10. Для транзистора с каналом p-типа необходимо изменить полярность подключения источников напряжения на противоположную. В схеме использо- вать источники постоянного напряжения – VDC.

1.2. Установить параметры анализа DC Sweep, задав линейное изменение источника входного на- пряжения V1 = UЗИ от 0 В до напряжения больше-

го, чем ожидаемое значение UЗИ отс , с шагом

0,05 В. Установить значение источника выходного напряжения V2 = 5 В. В качестве значения напря-

жения источника V1= UЗИ можно использовать

значение по умолчанию.

Рис. 4.10 1.3. Запустить выполнение анализа схемы. Вывести на экран график зависимости IС = f (UЗИ )

при UСИ = 5 В . Пользуясь электронным курсором программы Probe, определить

IС нач , UЗИ отс .

1.4. Для построения семейства выходных ВАХ необходимо установить параметры анализа DC Sweep, задав линейное изменение источника выход- ного напряжения V2 = UСИ от 0 до 10 В с шагом 0,05 В. Установить пара-

метры анализа Parametric, задав изменение источника входного напряже- ния V1 = UЗИ списком значений 0; 0,25UЗИотс ; 0,5UЗИотс ; 0,75UЗИотс . Для

этого необходимо организовать два вычислительных цикла. Внутренний цикл задает изменение напряжения сток – исток UСИ , а внешний – измене-

ние напряжения UЗИ .

1.5. Запустить выполнение анализа схемы. Вывести на экран графики зависимостей IС = f (UСИ ) при UЗИ = const . Пользуясь двумя электронными

курсорами программы Probe, рассчитать дифференциальные параметры S и Ri в заданной рабочей точке UЗИ = 0,5× UЗИ отс , UСИ = 5 В . Рассчитать так-

же дифференциальный коэффициент усиления по напряжению ПТ μ. Све- сти в таблицу в рабочей тетради координаты точек графика, по которым

60

проводился расчет, а также полученные значения дифференциальных пара- метров.

1.6. Получить значения дифференциальных параметров ПТ с исполь- зованием расчета передаточных функций по постоянному току (Transfer Function). Для этого установить значения источников напряжения, соответ- ствующие заданной рабочей точке ПТ V1 = 0,5× UЗИотс ; V2 = 5 В. В окне

раздела меню Analysis/Setup/Transfer Function в качестве выходной пере- менной (Output Variable) необходимо выбрать ток выходного источника напряжения I(V2), а в качестве входной переменной (Input Variable) – напряжение входного источника напряжения V1.

1.7. Запустить выполнение анализа схемы. После появления окна про- граммы просмотра результатов расчета (Probe) необходимо открыть выход- ной файл, нажав на панели инструментов кнопку или выбрав раздел ме-

ню View/ Output File. В разделе SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS (ма-

лосигнальные характеристики) выходного файла содержатся рассчитанные значения трех малосигнальных параметров исследуемого ПТ.

Пример.

**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS I(V_V2)/V_V1 = 3.532E-03

INPUT RESISTANCE AT V_V1 = 8.931E+12 OUTPUT RESISTANCE AT I(V_V2) = 1.306E+05

Первая строка после заголовка раздела соответствует отношению вы- ходного тока к входному напряжению, т.е. крутизне ПТ S; вторая строка – дифференциальному сопротивлению управляющего перехода (дифференци- альному входному сопротивлению ПТ); третья строка – дифференциально- му внутреннему сопротивлению ПТ Ri . Свести полученные значения в

таблицу.

Сравните значения параметров, полученные разными способами.

1.8. Определить максимальное значение крутизны Smax .

2. Построить передаточные характеристики ПТ IС = f (UЗИ )UСИ =const

(при UСИ = 5 В ) для различных температур (20, 50 и 80°C), определить ко-

ординаты ТСТ и рассчитать значения дифференциальных параметров ПТ в этой точке.

2.1. Установить параметры анализа DC Sweep, задав линейное изме- нение источника входного напряжения V1 = UЗИ от 0 В до напряжения

большего, чем известное значение UЗИ отс , с шагом 0,05 В. Установить зна- чение источника выходного напряжения V2 = 5 В. В качестве значения на- пряжения источника V1= UЗИ можно использовать значение по умолчанию.

Установить параметры анализа Parametric, задав изменение температуры списком указанных значений. При этом организованы два вычислительных

61