Полевой транзистор как линейный четырехполюсник. Параметры транзисторов. Эквивалентные схемы

В режимах работы с малыми амплитудами любой тип ПТ, как и биполярный транзистор, можно представить в виде линейного четырехполюсника. Из-за высокого входного сопротивления полевых транзисторов наиболее подходящей как с позиций измерений, так и использования является система "/-параметров, смысл которых дан в п. 4.4 (см. формулы (4.26) и обозначения к ним).

Поскольку рассмотрение ведется для переменных сигналов из-за дифференциального характера "/-параметров, то целесообразно сначала рассмотреть эквивалентные схемы ПТ, что позволит наглядно проиллюстрировать значения параметров транзисторов и их частотные свойства.

Малосигнальная эквивалентная схема МДП-транзистора показана на рис. 6.8, а. Источники тока на этом рисунке 5£/зи и ^п^пи моделируют усилительную способность транзистора, где

Рис. 6.8

сопротивлением диэлектрика затвора относительно истока и стока. Поскольку эти сопротивления очень велики (

10 ,3 . 10 14 Ом), то ими обычно пренебрегают. На рис. 6.8, а обозначено: Япи и Япс — сопротивления при обратном включении р—л переходов истока и стока; С11И и Спс — барьерные емкости тех же переходов, которые обычно составляют десятые доли пФ; Сзи и Сзс — емкости перекрытия Спер металлического электрода затвора относительно областей истока и стока, показанные на рис. 6.10. Помимо емкости перекрытия, емкость Сзи часто включает и емкость затвор—канал (Сзк), т. е. Сзи = Сзк + Спер; гс — сопротивление канала. Если исток соединен с подложкой, то Яии и С,1И оказываются закороченными и источник тока 5П£/ПИ отсутствует.

При частоте сигнала много меньшей предельной частоты крутизны и при исключении сопротивлений диэлектрика Лзи и Язс эквивалентная схема существенно упрощается и принимает вид, изображенный на рис. 6.8, б. Упрощенная эквивалентная схема ПТУП и ПТШ представлена на рис. 6.9. Она во многом аналогична схеме на рис. 6.8, б с той разницей, что на рис. 6.9 емкости Сзи и Сзс определяются емкостями обедненных

Рис. 6.9

слоев соответствующих электрических переходов, а не подзатворным диэлектриком, как у МДП-транзисторов. Природа Сзи и Сзс для МДП- транзисторов поясняется на рис. 6.10. Технологически не удается выполнить электрод затвора точно между слоями стока и истока, тогда между краями затвора и этими слоями образуются емкости перекрытия Сзи и С^. Инерционность полевых транзисторов по отношению к быстрым изменениям управляющего напряжения £/зи обусловлена перезарядкой емкости затвора и межэлектродных емкостей.

Используя приведенные упрощенные эквивалентные схемы, получим приближенные значения ^-параметров для гармонических сигналов малой амплитуды. Для схемы с общим истоком (см. рис. 6.9, 6) входная проводимость на переменном сигнале с частотой о) равна

Рис. 6.10

В приведенных формулах буква "И" в индексах обозначает исток.

На практике в основном используются такие малосигнальные

является коэффициентом усиления транзистора по напряжению. Он может быть выражен через крутизну 5 и внутреннее сопротивление Я,:

Крутизна сток-затворной характеристики 8 для пологого участка стоковой характеристики может быть получена дифференцированием выражения (6.6) по С/зи в следующем виде:

Из формулы (6.12) следует, что при иш — (/ = 1 В параметр К численно равен крутизне, поэтому К называется удельной крутизной. Используя последнее выражение и формулу (6.6), установим связь крутизны с рабочим током:

Реальные значения 8 для полевых транзисторов составляют от десятых долей до нескольких мА/В.

Внутреннее сопротивление Я, = гс на пологом участке ВАХ обусловлено зависимостью длины канала от стокового напряжения. Увеличение напряжения £/си сопровождается возрастанием ширины стокового перехода ДЬ и соответственно уменьшением длины канала I/, при этом удельная крутизна К и ток стока тоже увеличиваются. Это явление подобно эффекту Эрли (см. гл. 4). Поэтому сопротивление Я, МДП-транзистора определяется выражением, подобным формуле для коллекторного сопротивления гк. Зависимость Я, = г(: от /с такая же, как и зависимость гк от /к у биполярных транзисторов.

Из стоковых характеристик видно, что Я, тем больше, чем выше иси. При 11си = 0 получается наименьшее значение внутреннего сопротивления Я, = Я 0, где

Наибольшего значения сопротивление Я, достигает в пологой части стоковой характеристики, где оно составляет десятки и сотни кОм.

Помимо рассмотренных параметров, тесно связанных с полевыми транзисторами как четырехполюсниками, на практике имеют большое значение и такие параметры, как обратные токи истокового и стокового переходов и обратные токи затвора в ПТУП, а также напряжение пробоя подзатворного диэлектрика и рассмотренные выше паразитные емкости транзисторов.