2.5 Характеристики і параметри польових транзисторів

Керуючу дію затвора наочно ілюструють керуючі ( стоково-затворні ) характеристики, що виражають залежність i_с = f (u_з-в) при U_с-в = const (рис. 2.16). Однак, ці характеристики незручні для розрахунків, і тому на практиці користуються вихідними характеристиками.

На рис. 2.17 зображені вихідні (стокові) характеристики польового транзистора i_с = f (U_с-в) при U_з-в = const. Вони показують, що із збільшенням U_c-в, струм спочатку росте досить швидко, а потім це наростання сповільнюється і майже зовсім припиняється, тобто наступає явище, що нагадує насичення. Це пояснюється тим, що при підвищенні U_с-в струм повинен збільшуватися але оскільки одночасно підвищується зворотна напруга на n-р-переході, то закриваючий шар розширяється, канал вужчає, тобто його опір зростає, і за рахунок цього струм i_с повинен зменшитися. Таким чином, мають місце два взаємно протилежних впливи на струм i_с, який в результаті залишається майже незмінним.

Рисунок 2.16 - Керуючі (стоково-затворні) характеристики польового транзистора з каналом n-типу

Рисунок 2.17 - Вихідні (стокові) характеристики польового транзистора з каналом n-типу

При подачі більшої за абсолютним значенням від’ємної напруги на затвор струм i_с зменшується і стокова характеристика проходить нижче.

Підвищення напруги стоку, зрештою, призводить до електричного пробою n-р-переходу, і струм стоку починає лавиноподібно наростати, що показано на рис. 2.17 штриховими лініями. Напруга пробою є одним з граничних параметрів польового транзистора.

Робота транзистора зазвичай відбувається на пологих ділянках характеристик, тобто в області, яку називають областю насичення. Напруга, при якій починається ця область, іноді називають напругою насичення, а закриваюча напруга затвора інакше ще називається напругою відсічки.

Потрібно зазначити, що для транзисторів з каналом р-типу полярність напруг живлення протилежна тим, які показані на рис. 2.14, рис. 2.15 і рис. 2.17 для транзисторів з каналом n-типу.

Польовий транзистор характеризується наступними параметрами. Основний параметр - це крутизна S, аналогічна параметру у₂₁ біполярних транзисторів. Крутизна визначається за формулою:

S = у₂₁ = I_c/ U_з-в, при U_c-в = const (2.4)

і може становити значення до декількох міліампер на вольт.

Крутизна характеризує керуючу дію затвора. Наприклад, S = 3 мА/В означає, що зміна напруги затворі на 1 В створює зміну струму стоку на 3 мА.

Другий параметр - внутрішній (вихідний) опір R_і, аналогічний величині 1/у₂₂ для біполярного транзистора. Цей параметр являє собою опір транзистора між стоком і витиком (опір каналу) для змінного струму і описується формулою:

R_i = 1/у₂₂ = U_с-в/ I_с при U_з-в = const. (2.5)

На пологих ділянках вихідних характеристик значення R_і досягає сотень кілоом і є у багато разів більшим за опір транзистора для постійному струму R₀. Іноді користуються ще третім параметром - коефіцієнтом підсилення  , який показує, у скільки разів сильніше діє на струм стоку зміна напруги на затворі, ніж зміна напруги на стоку. Коефіцієнт підсилення визначається формулою:

 = - U_с-в/ U_з-в при i_с = const, (2.6)

тобто дорівнює відношенню таких змін U_с-в і U_з-в, які компенсують одна одну по дії на струм i_c, внаслідок чого цей струм залишається незмінним. Оскільки для подібної компенсації U_с-в, і U_з-в повинні мати різні знаки (наприклад, збільшення  повинно компенсуватися зменшенням I_с), то в правій частині формули (2.6) стоїть знак «мінус». Інакше, можна замість цього взяти абсолютне значення правої частини. Коефіцієнт підсилення пов'язаний з параметрами S і R_і простою залежністю:

 = SR_і. (2.7)

Для пологих ділянок вихідних характеристик  досягає сотень і навіть тисяч. У початковій області цих характеристик, коли вони йдуть круто (при малих значеннях U_с-в), значення всіх трьох параметрів зменшуються. Параметри S і R_і для заданого режиму можна визначати з вихідних характеристик за методом двох точок, подібно тому як це робилося для біполярних транзисторів, а  треба обчислювати за формулою (2.6).

Вхідний опір польового транзистора визначається, як звичайний, за формулою:

R_вх = U_з-в,/ I_з, при U_с-в = const. (2.8)

Оскільки струм I_з - зворотний струм n-р-переходу, а значить, дуже малий, то R_вх досягає одиниць і десятків мегаом. Польовий транзистор має також вхідну ємність між затвором і витоком С_з-в, яка є бар'єрною ємністю п-р-переходу і складає одиниці пікофарад у дифузійних транзисторів і десятки пікофарад у сплавних. Менші значення має прохідна ємність між затвором і стоком С_з-с, а самої малою є вихідна ємкість між витоком і стоком С_с-в [7].

Контрольні запитання до теми «ТРАНЗИСТОРИ»

1. Що таке біполярний та польовий транзистори. Яка між ними різниця?

2. Пояснити принцип дії напівпровідника, провідника, діелектрика.

3. Що таке провідність біполярного танзистора і яка вона буває?

4. Описати принцип дії біполярних транзисторів.

5. Режими роботи транзистора.

6.Описати малосигнальні параметри біполярного транзистора.

7.Пояснити схеми ввімкнення біполярного транзистора.

8. Пояснити призначення систем h та у- параметрів.

9. Що відноситься до високочастотних параметрів транзистора?

10. Параметри великого сигналу транзистора.

11. Пояснити, для чого призначені статичні вхідні та вихідні характеристики транзистора?

12. Статичний режим роботи транзистора.

13. Динамічний режим роботи транзистора. Його особливості.

14. Навести способи стабілізації робочої точки транзистора.

15. Що таке термокомпенсація і для чого вона застосовується?

16. Пояснити як відбувається живлення вхідних ланок біполярних та польових транзисторів?

17. Які бувають режими роботи транзисторних підсилювальних схем?

18. Пояснити призначення і способи виникнення зворотного зв’язку.

19. Підсилювачі на транзисторах.

20. Як поділяються польові транзистори і які особливості кожного типу?

21. Які основні характеристики і параметри польових транзисторів?

22. Як виглядають вхідні та вихідні характеристики польового транзистора?

23. Що таке крутизна польового транзистора? На що вона впливає?

24. Які бувають схеми ввімкнення польових транзисторів?

25. Які особливості роботи та монтажу польових транзисторів різних типів?

26. Пояснити, у яких випадках доцільніше використовувати схеми на біполярних, а у яких – на польових транзисторах?

27. Яка різниця у вхідних та вихідних характеристиках біполярних і польових транзисторів?

28. Який транзистор має більший вхідний опір – біполярний, чи польовий?

29. Чому підсилювальні властивості біполярних транзисторів кращі, ніж у польових?

Л Е К Ц І Я № 4

Т Е М А 3: ОПЕРАЦІЙНІ ПІДСИЛЮВАЧІ