7.6. Электрические модели полевых транзисторов

7.6.1. Статическая модель полевого транзистора с управляющим р-n-переходом

Такая модель для транзистора с n-каналом показана на рис. 7.18

Диоды D_изи D_сзпредставляют собой переходы затвор-исток и затвор-сток и включены в обратном направлении. Резисторы R_и и R_c учитывают последовательные сопротивления от вывода истока до начала канала и от конца канала до вывода стока. Генератор тока Iс отображает ток стока, вычисляемый по ранее приведенным формулам.

Влияние сопротивлений R_и и R_c проявляется в том, что на них происходит падение напряжения I_сR_н и I_сR_с в цепи сток-исток, что приводит к снижению крутизны транзистора в области крутых участков выходных характеристик. В области насыщения большее влияние оказывает сопротивление R_и, оно снижает значение крутизны по сравнению со случаем, когда R_и = 0. Влияние же R_c сводится к некоторому увеличению напряжения насыщения.

7.6.2. Нелинейная динамическая модель полевого транзистора с управляющим переходом

Динамическая модель для большого сигнала в случае n-канального ПТ показана на рис. 7.19.a. От статической модели она отличается конденсаторами С_из и С_сз, учитывающими барьерные емкости переходов (диодов D_из и D_сз), имеющих обратное включение. Значения емкостей определяются мгновенным значением напряжения на переходах (диодах). Последовательно с конденсаторами С_из и С_сз включены резисторы R′_k и R′′́_k . Дело в том, что реально цепь затвора и канала представляет собой распределенную RC-цепь из емкости затвора на канал и сопротивления канала. Для упрощения распределенную цепь заменяют двумя простыми цепями с фиксированными параметрами: одна состоит из последовательно соединенных емкости С_из, называемой емкостью затвор-исток, и резистора R′_k, а вторая – из емкости С_сз (емкость затвор-сток) и резистора R′′́_k . Сумма С_из + С_сз равна полной емкости затвора относительно канала. Значения R′_k и R′′́_k приближенно связываются с полным сопротивлением канала R_k или находятся экспериментально. В рабочих режимах эти сопротивления составляют единицы – десятки ом.

Ток генератора I_с в статической и нелинейной динамической моделях достаточно сложно зависит от напряжений U_зи и U_си. Однако ток I_с можно представить как сумму двух встречных токов I₁ и I₂ (рис. 7.19,6), каждый из которых определяется только одним напряжением.

Для доказательства возьмем выражение (7.27). Перепишем его в ином виде, опустив для простоты контактную разность потенциалов φ_к:

(7.65)

Введем напряжение сток-затвор U_сз, пользуясь соотношением

(7.66)

Однако надо иметь в виду, что в выражении (7.65) для n-канала вместо отрицательного значения U_зи подставляется абсолютная величина. Эта замена была сделана при выводе уравнения (7.27). В выражении же (7.66) надо принимать U_зи < 0 или, пользуясь абсолютной величиной | U_зи |, записать (7.66) в виде

(7.67)

Мы и сейчас опустим знак абсолютной величины для U_зи, т.е. будем считать вместо (7.66) и (7.67)

(7.68)

Подставив (7.68) в (7.65) и произведя преобразования, получим

(7.69)

Таким образом, мы уже представили ток I_с суммой двух токов, зависящих только от одного напряжения: U_сз или U_из. Однако удобнее слагаемые представить в ином виде, прибавляя и вычитая в скобках выражения (7.69) величину U²₀/2:

(7.70)