7. Вольт-амперные характеристики полевых транзисторов
К важнейшим характеристикам любого активного электронного прибора относятся
статические вольтамперные характеристики (ВАХ). ВАХ мощных ПТ описывают зависимость постоянных токов стока, истока и затвора от междуэлектродных напряжений. ВАХ оказываются существенно нелинейными. Наиболее важны три типа ВАХ.
Входные ВАХ описывают зависимость тока затвора IЗ(UЗИ) от напряжения на затворе при UСИ=const. При разных UСИ имеем семейство входных ВАХ.
Выходные ВАХ описывают зависимость тока стока IС(UСИ) от напряжения на стоке UСИ при разных UЗИ= const.
Передаточное ВАХ описывают зависимость тока стока IС(UЗИ) от напряжения на затворе UЗИ, при разных UСИ=const.
Аппроксимация выходных ВАХ мощных ПТ означает подмену реальной зависимости тока стока IС от напряжения UСИ и UЗИ на некоторую достаточно простую математическую зависимость IС(UСИ, UЗИ ). При этом используются два способа аппроксимации - применение формальных зависимостей IС(UСИ, UЗИ) и корректировка теоретических зависимостей, полученных из анализа физико-топологической модели приборов. Хотя второй путь выглядит более предпочтительным, на деле он далеко не всегда реализуем, так как теория ВАХ мощных приборов не дает достаточно простых и пригодных для практических расчетов выражений. В них входит множество неизвестных разработчикам схем физико-топологических параметров мощных ПТ.
Естественно, что аппарат аппроксимации ВАХ постоянно пополняется новыми расчетными выражениями по мере разработки новых типов мощных ПТ. Трудности аппроксимации связаны с необходимостью аппроксимировать полные семейства ВАХ, т. е. с вынужденной двухмерностью аппроксимации. Это затрудняет применение некоторых универсальных методов аппроксимации нелинейных зависимостей, например полиномиальных. Далее полагаем исток заземленным и считаем, что UЗИ = UЗ и UСИ=UС.
Схемы замещения.
(рис. 1.3): схема с общим эмиттером (ОЭ), схема с общим коллектором (ОК) и схема с общей базой (ОБ).
Рис 1.3 Схемы включения биполярных транзисторов (направлении работы соответствует активному режиму работы ).
получить приближенные выражения для низкочастотных значений Y-параметров биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ:
Частотную зависимость Y11э и Y21э при анализе усилительного каскада в области ВЧ определяют, соответственно, посредством определения входной динамической емкости Cвх.дин и постоянной времени транзистора τ.
Выражения для расчета низкочастотных Y-параметров для других схем включения транзистора получают следующим образом:
◆ дополняют матрицу исходных Y-параметров Yэ до неопределенной Yн, а именно, если
◆ вычеркивают строку и столбец, соответствующие общему узлу схемы (б для ОБ, к для ОК), получая матрицу Y-параметров для конкретной схемы включения транзистора.
8. Схемы замещения.
Определяются малосигнальные Y-параметры ПТ по его эквивалентной схеме. Для целей эскизного проектирования можно использовать упрощенный вариант малосигнальной эквивалентной схемы ПТ, представленный на рис.2.8.
Данная схема с удовлетворительной для эскизного проектирования точностью аппроксимирует усилительные свойства ПТ независимо от его типа, параметры ее элементов находятся из справочных данных
Выражения для эквивалентных Y-параметров ПТ, включенного по схеме с ОИ определяют:
Где
з, с, и соответственно затвор, сток и
исток ПТ; τ — время пролета носителей,
Граничную частоту единичного усиления ПТ fT можно оценить по формуле:
fT = 1/2πτ.
Анализ полученных выражений для эквивалентных Y-параметров ПТ, проведенный с учетом конкретных численных значений справочных параметров, позволяет сделать вывод о незначительной зависимости крутизны от частоты, что позволяет в эскизных расчетах использовать ее низкочастотное значение S0. При отсутствии справочных данных о величине внутренней проводимости ПТ gi, в эскизных расчетах можно принимать gi≈0 ввиду ее относительной малости.
Пересчет эквивалентных Y-параметров для других схем включения ПТ осуществляется по тем же правилам, что и для БТ.