Характеристики передачі струму

Рисунок 53 Вольт-амперні характеристики передачі струму

Характеристикою передачі струму називають залежність стуму стоку І_С від напруги затвор стік U_ЗС при постійній напрузі між витоком і стоком. Всі характеристики починаються із однієї точки, якій відповідає U_З = U_пор., коли створюється канал. Польовий транзистор з ізольованим затвором має великий коефіцієнт підсилення по струму і напрузі, а відповідно і по потужності, тому що на управління майже не витрачається потужність джерела вхідного сигналу.

Механізм підсилення по потужності аналогічний як і в біполярному транзисторі. Під дією електростатичного поля, яке діє повздовж каналу, носії заряду розганяються, забираючи потужність від джерела постійного струму, а за рахунок вхідного сигналу створюється поперечна складова напруженості поля. Ця напруженість завжди діє в протилежному напрямі. Відбувається гальмування носіїв заряду, і за рахунок цього відбувається перетворення енергії постійного струму в енергію змінного струму.

Польові транзистори з власним каналом

Через наявність каналу між витоком і стоком керувати шириною каналу у таких польових транзисторів можна, як позитивною, так і негативною напругою на затворі. Тому такі транзистори працюють як в режимі збіднення, так і в режимі збагачення. Тому вольт-амперні характеристики польового транзистора будуть розташовані вверх і вниз від вольт-амперної характеристики при напрузі на затворі рівній нулю U_затв=0.

Рисунок 53 Модель польового транзистора з власним каналом

Вихідні вольт-амперні характеристики

Рисунок 54 Вихідні вольт-амперні характеристики

Рисунок 55 Характеристика передачі струму

Розрахунок вольт-амперних характеристик польового транзистора з ізольованим затвором

Структура частини МДН -транзистора, прийнята для розрахунку вихідних статичних характеристик має наступний вигляд

Рисунок 56 Спрощена модель польового транзистора з ізольованим затвором

В транзисторах з ізольованим затвором створюється декілька зарядів, обумовлених рухомими і нерухомими носіями заряду. Нерухомий заряд обумовлений іонізованими атомами на межі розподілу діелектрика і каналу. Рухомий заряд створюється носіями домішки і власною провідністю напівпровідника. Рухомим зарядом, створеним власною провідністю, при розрахунку можна знехтувати.

Струм через канал буде визначатися питомою провідністю і напруженістю електричного поля вздовж каналу. Питома провідність каналу залежить від кількості носіїв, які знаходяться в одиниці об’єму каналу, і ефективної рухливості носіїв в каналі. І вона буде рівна :

– питома провідність

– кількість дірок в квадраті

Тоді враховуючи це будемо мати де

– щільність рухливого заряду

– ефективна рухливість дірок в каналі

Для визначення залежності струму від його параметрів визначимо величину повного заряду електронів в каналі. Повний заряд складається із рухомого заряду, який створюється основними носіями, і нерухомого, створеного іонами. Тобто повний заряд буде рівний:

Знаючи величину заряду, можна визначити величину струму. Струм стоку Іс буде рівний:

де Ех – напруженість електричного поля

γ- питома провідність

b - ширина каналу

Визначимо межі інтегрування для каналу польового транзистора з ізольованим затвором

x → 0 до l

U → 0 до U_CB

Для знаходження рівняння крутої частини вольт-амперної характеристики знайдемо величину нерухомого заряду:

;

Крута частина вольт-амперної характеристики буде описуватися рівнянням:

Для пологої частини вольт-амперної характеристики напруга більше, ніж напруга насичення U_СВнас, і в першому наближенні можна вважати, що рухомий заряд в каналі не накопичується, тому що струм досягає насичення і всі рухомі носії заряду приймають участь у створенні струму. Тоді можна знайти значення напруги насичення:

Полога частина вольт-амперної характеристики:

Властивості і підсилюючі можливості цього транзистора можна охарактеризувати крутизною вольт-амперних характеристик на крутій і пологій ділянках.

Крута частина вольт-амперної характеристики буде характеризуватися крутизною:

Полога частина вольт-амперної характеристики :

Основною робочою ділянкою вольт-амперних характеристик є полога частина, тому при виготовленні польового транзистора вирішують питання збільшення крутизни, а це можливо за наступних умов.

Напівпровідник, з якого виготовляється транзистор, повинен мати носії з великою рухливістю, тому в більшості випадків у транзисторів використовують напівпровідник для каналу з електронною провідністю (типу n), тому що рухливість електронів більше рухливості дірок.

Крутизну збільшують за рахунок збільшення питомої ємності С_ЗК, а ця ємність визначається відносною діелектричною проникливістю діелектрика і його товщиною. Збільшення ємності між затвором і каналом С_ЗК кличе за собою негативні наслідки, тому що збільшуються величини паразитних ємностей між електродами, що погіршує частотні властивості транзистора.

Збільшують ширину і зменшують довжину каналу. Але в цьому випадку теж погіршуються частотні властивості транзистора, тому знаходять компромісне рішення.