2. Основные параметры полевого транзистора

Начальный ток стока I_с0 – ток в цепи стока транзистора, включенного по схеме с общим истоком, при U_си,< U_{с нас}; U_зи=0.

Ток стока в рабочей точке (при 0 > U_зи > U_отс)можно определить по формуле

I_с= I_с0(1 U_зи U_отс)². (1)

Уравнение (1) является приближенным для проходной характеристики любого полевого транзистора (особенно с малыми напряжениями отсечки).

Напряжение отсечки U_отс– один из основных параметров, характеризующих ПТ. При напряжении на затворе, численно равным напряжению отсечки, практически полностью перекрывается канал полевого транзистора, и ток стока при этом стремится к нулю.

В справочных данных на ПТ всегда указывается, при каком значении тока стока произведены измерения напряжения отсечки. Так, например, для транзисторов КП307Е напряжения U_отс= 0.5  2.5 В получены при токе стока 0.01 мА.

Крутизна проходной характеристики. Входное сопротивление полевых транзисторов со стороны управляющего электрода (затвора) составляет 10⁷10⁹ Ом. Усилительные свойства полевого транзистора, как и электронных ламп, характеризуются крутизной проходной характеристики: S=∂I_с ∂U_зи, при U_си=const. Выражение для крутизны характеристики в рабочей точке ПТ получим, используя (1)

S= S_макс (1U_зиU_отс), (2)

где U_зи– напряжение затвор–исток, при котором вычисляется S;

Максимальное значение крутизны характеристики S_макс достигается при U_зи=0. При этом численное значение S_макс равно проводимости канала ПТ при нулевых смещениях на его электродах.

S_макс=−2(I_c0U_отс). (3)

Соотношение (3) позволяет по двум известным параметрам рассчитать третий. Для большинства маломощных ПТ S лежит в пределах 210 мА/В.

Крутизна характеристики полевых транзисторов на 12 порядка меньше, чем у биполярных транзисторов, поэтому при малых сопротивлениях нагрузки коэффициент усиления каскада на ПТ К_u = S R_c (R_c – сопротивление в цепи стока) меньше коэффициента усиления аналогичного каскада на биполярном транзисторе.

В большинстве случаев крутизну характеристики полевых транзисторов считают частотно-независимым параметром. Поэтому быстродействие электронных схем на ПТ ограничено в основном паразитными параметрами схемы.

Внутреннее сопротивление канала R_i определяется выражением R_i = ∂U_си∂I_с при U_зи= соnst.

Это сопротивление при U_си=0 и произвольном смещении U_зи можно выразить через параметры транзистора:

. (4)

При малом напряжении исток–сток вблизи начала координат выходной характеристики ПТ ведет себя как переменное омическое сопротивление, зависящее от напряжения на затворе. Минимальное значение сопротивления канала R_i0 наблюдается при U_зи=0. При увеличении обратного напряжения на затворе сопротивление канала нелинейно увеличивается. Значение R_i0 определяется по стоковой характеристике транзистора как тангенс угла наклона касательной к кривой I_с=f(U_с) при U_з=0 в точке U_cи=0.

Для приближенных расчетов имеет место простое соотношение:

R_i01 S_макс. (5)

Коэффициент усиления  определяется как изменение напряжения стока к вызвавшему его изменению напряжения на затворе при I_c = const:

μ= −∂U_си∂U_зи . (6)

Изменение тока стока связано с изменением напряжением на затворе и изменением напряжения на стоке

∂I_c=S ∂U_зи +∂U_си  R_i.

Если ∂I_c=0, то

S ∂U_зи +∂U_си  R_i=0,

разделив на ∂U_си и с учетом (6) после несложных преобразований получим связь между тремя параметрами

S R_i.=μ. (7)

Максимальные напряжения затвор–сток, затвор–исток, исток–сток. При превышении допустимых значений напряжения между электродами транзистора возможен лавинный пробой перехода затвор-канал.

Обратное напряжение диода затвор–канал изменяется вдоль длины затвора, достигая максимального значения у стокового конца канала. Именно здесь происходит пробой полевого транзистора. Лавинный пробой не приводит к выходу из строя ПТ с управляющим p–n-переходом, если он не переходит в тепловой пробой. После возвращения в нормальный рабочий режим ПТ восстанавливают свою работоспособность.

Типичные значения параметров маломощного полевого транзистора КП-303В с p–n-переходом и каналом n-типа:

Начальный ток стока I_c0 = 2 ÷ 5 мА при U_си = 10 В, U_зи = 0.

Напряжение отсечки U_отс = −1 ÷ − 4 В при U_си = 10 В, I_c = 10 мкА.

Крутизна проходной характеристики при U_си = 10 В, U_зи = 0, S = 2 ÷ 5 мА/В.

Внутреннее сопротивление R_i = 0,02 ÷ 0,5 Мом.

Ток утечки затвора I_з = 1 нА при U_зи = 10 В, U_си = 0.

Емкость входная С_зи не более 6 пФ.

Емкость проходная С_зс не более 2 пФ.

Максимальное напряжение затвор–сток, затвор–исток

U_{зс max} = 30 В.

Максимальное напряжение сток-исток U_{си max} = 25 В.

Максимальный ток стока I_{c max} =20 мА.

Максимальная рассеиваемая мощность при Т ≤ 25ºС

Р _max = 200 мВт.

Диапазон температур окружающей среды Т от –40 до +85 ºС.