- •Полевые транзисторы
- •1. Полевые транзисторы с управляющим р-п-переходом
- •Является дифференциальным внутренним сопротивлением транзистора.
- •2. Полевые транзисторы со структурой «металл-диэлектрик-полупроводник»
- •3. Примеры расчета каскада линейного усиления гармонического сигнала на полевом транзисторе с управляющим р-п-переходом
Является дифференциальным внутренним сопротивлением транзистора.

Так же как и у биполярных, у полевых транзисторов различают режимы большого и малого сигналов. Режим большого сигнала чаще всего рассчитывают с помощью входных и выходных характеристик транзистора и эквивалентной схемы рис. 4, а. Для анализа режима малого сигнала широко применяют малосигнальную эквивалентную схему, представленную на рис. 4 б (транзистор с каналом п-типа). Так как сопротивления закрытых переходов RЗС и RЗИ в кремниевых полевых транзисторах велики (от десятков до сотен МОм), их в большинстве случаев можно не учитывать.
Типовые значения параметров кремниевых транзисторов, входящих в эквивалентные схемы на рис.4, следующие: S = 0,3-3 мА/В; R3И l010 Ом; R3С l010 Ом; RСИ диф = 0,1-1МОм; С3И СЗС 0,2-10 пФ.
Часто для практических расчетов используют малосигнальную эквивалентную схему полевого транзистора, представленную на рис.5.

Хотя эта схема не совсем точно отражает реальные физические процессы, протекающие в полевых транзисторах с управляющим р-п-переходом, расчеты с ней дают неплохие результаты.
Емкости у полевого транзистора, а также конечная скорость движения носителей заряда в канале определяют его инерционные свойства. При расчетах со схемой, показанной на рис.5, инерционность транзистора в первом приближении учитывают путем введения операторной крутизны характеристики
S (р)= S0 (1+pЗ), (9)
где З = RкС3 постоянная времени, определяемая по величинам эквивалентной модели (Rк = 500 – 800 Ом, С3 = 0ю2 – 10 пФ). Эта постоянная времени определяет предельную частоту,
З = 1/З,
которая соответствует значению S (р) = 0,7 Sо (здесь Sо - статическая величина крутизны характеристики).
Для выражения частотной зависимости крутизны характеристики иногда используют формулу
,
(10)
где гр может быть поставлено в соответствие с З.
При изменении температуры параметры и характеристики полевых транзисторов с управляющим р-п-переходом изменяются из-за воздействия следующих факторов: изменения обратного тока закрытого р-п-перехода, изменения контактной разности потенциалов этого перехода и изменения удельного сопротивления канала.
Обратный ток у закрытого р-п--перехода возрастает по экспоненциальному закону при увеличении температуры. Ориентировочно можно считать, что он удваивается при увеличении температуры на 6-8°С. Если в цепи затвора транзистора стоит большое внешнее сопротивление, то падение напряжения на нем, вызванное изменившимся током, может существенно изменить напряжение на затворе.
Контактная разность потенциалов уменьшается при увеличении температуры приблизительно на 2,2 мВ/град. При неизменном напряжении на затворе это приводит к увеличению тока стока. Для транзисторов с низким напряжением отсечки UЗИ отс этот эффект является преобладающим и изменения тока стока будут иметь положительные значения.
Так как температурный коэффициент, характеризующий изменение удельного сопротивления канала, положителен, то ток стока при росте температуры уменьшается. Это открывает возможность правильным выбором положения рабочей точки транзистора взаимно компенсировать изменения тока стока, вызванные изменением контактной разности потенциалов и изменением удельного сопротивления канала. В итоге ток стока будет почти постоянным в широком диапазоне температур.
Рабочую точку, в которой изменение тока стока с изменением температуры имеет минимальное значение, называют термостабильной точкой. Ее ориентировочное положение можно найти из уравнения
U ЗИ ТС = U ЗИ отс + U 1, (11)
где U 1 0,63 В.
Из (5) видно, что при значительном U ЗИ отс крутизна характеристики в термостабильной точке невелика и от транзистора можно получить значительно меньший коэффициент усиления, чем при работе с малым напряжением.
Современные полевые транзисторы, выполненные на основе кремния, работоспособны до температуры 120—150 °С. Их включение в схемы усилительных каскадов с общим истоком (схема ОИ) и общим стоком (схема ОС) показано на рис.6.

В этих схемах источник постоянного напряжения Uсм необходим для того, чтобы обеспечить работу транзистора в выбранной рабочей точке, которое определяется определенному значению интегрального сопротивления канала RCИ и определенной величине тока стока,
IC = E/(RCИ + R).
При подаче входного усиливаемого напряжения Uвх потенциал затвора начинает меняться в соответствии с временной зависимостью входного сигнала. Соответственно изменяются и токи стока и истока, а также падение напряжения на сопротивлении R.
В схеме ОИ амплитуда изменений падения напряжения на резисторе R (при большой величине последнего) оказывается значительно больше амплитуды входного напряжения U вх, что означает усиление сигнала. Схема ОС не обладает усилением сигнала по напряжению. Его чаще всего используют в качестве управляемого входным напряжением источника тока.
Схема с общим затвором (ОЗ) используется лишь при усилении сигналов сверхвысокой частоты. Поскольку режим работы таких усилителей предполагает очень сложные процессы, связанные с волновыми свойствами токов, протекающих в цепях транзистора, здесь такие схемы не рассматривается.
