лекции / shemotech / 4. Полевые транзисторы

Для оценки потенциальных возможностей полевого транзистора как усилительного элемента вводят параметр, называемый статическим коэффициентом усиления по напряжению:

(4.9)

который показывает, во сколько раз эффективнее изменение напряжения на затворе воздействует на ток стока, чем изменение напряжения на стоке.

Так как в диапазоне допустимых рабочих напряжений статические выходные характеристики не пересекаются и не выполняется условие , то µ рассчитывается по найденным значениям и :

(4.10)

Поскольку характеристики полевых транзисторов нелинейны, значения дифференциальных параметров зависят от выбранного режима по постоянному току.

Входное сопротивление полевых транзисторов с управляющим p-n переходом определяется величиной обратного тока перехода, а у МДП-транзисторов — током утечки изолирующей пленки диэлектрика.

Для МДП-транзисторов значение входного сопротивления лежит в пределах 10¹²...10¹⁵ Ом. Из-за влияния статического электрического заряда на практике не удается реализовать большое значение входного сопротивления. Кроме больших внешних напряжений, подаваемых на затвор, большие значения напряженности электрического поля часто возникают за счет обычных внутренних зарядов в диэлектрике. Поэтому не рекомендуется использовать и хранить МДП-транзисторы с неподключенным затвором. Завод-изготовитель выпускает МДП-транзисторы со специальным закорачивающим приспособлением (все выводы транзистора замкнуты между собой), что способствует стеканию зарядов диэлектрика, и МДП-транзистор не испытывает действия статического электричества.

Для устранения опасного предела электрического заряда в диэлектрике и для получения больших входных сопротивлений в МДП-транзисторах используются защитные диоды, включенные в цепь затвор — исток (рис.4.20).

В качестве защитных диодов часто используются стабилитроны. При превышении напряжения на затворе больше пробивного напряжения одного из диодов электрический заряд, накопленный в диэлектрике, отводится через защитные диоды на землю. В связи с этим электрический заряд в диэлектрике МДП-транзисторов не превышает величины, при которой может произойти пробой

Рис. 4.20. Схема защиты изолирующей пленки диэлектрика, что обычно

МДП-транзистора от приводит к выходу транзистора из строя. Наличие

статического защитных диодов незначительно уменьшает входное

электричества сопротивление транзистора (за счет обратных токов

диодов), а характеристики транзистора остаются неизменными.

Для повышения функциональных возможностей МДП-транзисторов промышленностью выпускаются транзисторы с двумя изолированными затворами (например, КП 306, КП 350). Статические характеристики этих транзисторов аналогичны характеристикам однозатворных транзисторов, только количество их больше, так как они строятся для напряжения каждого затвора при неизменном напряжении на другом затворе. Эти транзисторы характеризуются крутизной по первому и второму затвору, напряжениями отсечки первого и второго затворов.

4.5. Эквивалентная схема и частотные свойства полевых транзисторов. При анализе электронных схем на полевых транзисторах удобно их представить в виде схемы замещения с сосредоточенными параметрами. Исходя из принципа действия транзистора, ясно, что электропроводность канала и напряжение на его участках зависят от продольной координаты в пространстве исток — сток. Поэтому полевой транзистор является устройством с распределенными параметрами. Однако для упрощения анализа его с некоторыми допущениями представляют в виде эквивалентной схемы с сосредоточенными параметрами. На рис. 4.21 представлена упрощенная физическая малосигнальная эквивалентная схема транзистора, включенного по схеме с общим истоком, а подложка соединена с истоком.

Рис. 4.21. Упрощенная эквивалентная схема полевого транзистора

В этой схеме резистор R_i характеризует внутреннее дифференциальное сопротивление транзистора, а конденсаторы характеризуют следующие емкости: С_зи — емкость между затвором и истоком; С_зс — емкость между затвором и стоком; С_си — емкость между стоком и истоком (подложкой). Генератор тока SU_зи отражает усилительные свойства транзистора. Ток этого генератора пропорционален входному напряжению U_зи.

Инерционные свойства полевых транзисторов зависят от скорости движения носителей заряда в канале и межэлектродных емкостей. В связи с этим, крутизна характеристики прямой передачи с ростом частоты f уменьшается по закону

(4.11)

Частоту , на которой крутизна характеристики прямой передачи уменьшается в раз по сравнению со своим значением на низкой частоте, называют предельной частотой крутизны.

С ростом частоты модуль крутизны (4.13) уменьшается, что приводит к снижению коэффициента усиления. Частота, на которой модуль коэффициента усиления по напряжению равен единице, называют граничной частотой, и она определяется по формуле

(4.12)

где ; — входная емкость следующей схемы (нагрузки) и емкость соединительных проводников.

Частота, где коэффициент усиления по мощности равен единице, называют максимальной частотой .