1.2 Характеристики и параметры пт

Статические характеристики ПТ показаны на рисунке 4.2. Вид выходных ВАХ, параметром семейства которых является напряжение U_3И = var, ясен из описанного выше принципа действия. На выходные ВАХ (рисунок 4.2а) можно выделить три характерных области: I, II, III. В области I ПТ работает как управляемое нелинейное сопротивление. При этом, если изменить управляющее напряжение при U_CИ = const, статическое сопротивление канала r_CИ меняется в широких пределах. В области II все выходные ВАХ имеют малый наклон и, соответственно, большое дифференциальное сопротивление канала

(4.7)

В области II ПТ используется как усилительный прибор, аналогично БТ. Область III предпробойных напряжений U_CИ является нерабочей.

входная характеристика (4.8)

представляет собой обратную ветвь ВАХ р-n - перехода. Хотя ток затвора есколько меняется при изменении напряжения U_CИ (в силу упомянутой внутренней отрицательной обратной связей) и достигает наибольшего значения при условии короткого замыкания выводов стока и истока (ток утечки затвора I_3.УТ), им в большинстве случаев можно пренебречь (I_3.УТ составляет десятки и сотни наноампер). Изменения напряжения U_3И не вызывает существенных изменений тока затвора I₃, что характерно для пологой части ВАХ р-n - перехода, смещенного в обратном направлении.

Более информативной, чем входная ВАХ, является характеристика передачи (рисунок 4.2в), описывающая управляющие свойства ПТ по цепи затвора, т.е. . Величина коэффициента передачи

(4 9)

называется КРУТИЗНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ. Крутизна характеристики максимальна при U_3И = 0.

Для инженерных расчетов в области II выходных ВАХ применяется простая аппроксимационная формула [2]:

(4.10)

где I_C.НАЧ - начальный ток стока, под которым понимают ток при U_3И=0 и |U_CИ| > |U_CИ.НАС|. Из (4.9) следует

(4.11)

Усилительные свойства полевого транзистора характеризуются дифференциальным коэффициентом усиления

. (4.12)

Физический смысл формулы (4.11) состоит в следующем. Если создать положительное приращение напряжения между стоком и истоком (dU_CИ>0), то это должно вызвать увеличение тока стока (dI_C > 0). Для сохранения прежнего уровня тока стока, т.е. выполнения условия I_C = const, следует создать приращение управляющего напряжения по модулю d|U_3И|. Знак минус в формуле для М показывает, что приращение напряжения dU_CИ и dU_3И действует на ток I_С в противоположных направлениях, что ясно из принципа действия ПТ.

Коэффициент усиления М связан с крутизной переходной характеристики и внутренним сопротивлением уравнением

(4.13)

которое легко выводится из условия dl_c = 0 в (4.11).

Все параметры ПТ, как нелинейного элемента электрической цепи, можно разделить на статические, определяемые через абсолютные значения токов и напряжений, и дифференциальные, определяемые через диф­ференциалы (или конечные малые приращения). Помимо указанных выше параметров U_ЗИ.ОТС , U_CИ.НАС , S, М, r_cи, r_cи.д, I_3.УТ. и максимально допустимых параметров, для ПТ в справочниках приводятся также шумовые параметры, емкости для эквивалентной схемы замещения в области высоких частот (рисунок 4.3), параметры температурной стабильности.

Типовые значения параметров кремниевых ПТ, входящих в эквива­лентную схему:

S = (0,3...3) мА/В; К_ЗИ= 10¹⁰ Ом; R_CИ.Д=(0,1...1) МОм; R_CИ = (50...800) Ом; С_ЗИ = 0,2...10пФ.

Емкости у полевых транзисторов, а также конечная скорость движения носителей заряда в канале определяют его инерционные свойства, которые в первом приближении можно учесть путем введения операторной крутизны характеристики:

(4.14)

где- предельная частота, определенная на уровне

0,7 статического значения крутизны характеристики.

а - для постоянного тока

б - малосигнальная для высоких частот

Рисунок 4.3 - Упрощенная эквивалентная схема замещения полевого транзистора с управляющим р-п - переходом

Для измерения коэффициента усиления К_U по переменной составляющей низкочастотный сигнал U_BX(t) подается от генератора звуковых сигналов ЗГ через резистор R6 и разделительный конденсатор С_P1 Смещение U_ЗИ.П формируется резистором R4 в цепи истока и делителем Rl, R2:

(4.15)

где I_Д - ток входного делителя (I_Д = I₂ +I₃).

Выходное переменное напряжение снимается с ПТ через разделительный конденсатор С_P2 и измеряется прибором В27-А/1 через коаксиальный ввод.

В силу малости тока I₃ измерение тока производится с помощью токосъемного резистора R5, сопротивление которого предварительно из­меряется прибором В27-А/1 при разрыве цепи этого резистора (используется закон Ома).

Рисунок 4.4 - Схема электрическая принципиальная лабораторного стенда для снятия статических ВАХ полевого транзистора с управляющим р-п – переходом.