Полевые транзисторы. Принцип действия и эквивалентная схема

Принцип действия и эквивалентная схема. Полевой транзистор относится к разряду униполярных полупроводниковых приборов, в которых осуществляется перенос только основных носителей заряда. Материалом для СВЧ полевых транзисторов обычно служит арсенид галлия (GaAs), позволяющий снизить активные потери в приборе и поднять максимальную частоту усиления до 6...8 ГГц. Основное различие в нескольких типах полевых транзисторов связано с методом управления потоком носителей заряда, движущихся в полупроводниковом канале. Структура одного из полевых транзисторов, называемого металлополупроводниковым, с затвором типа барьера Шоттки приведена на рис. 7.15.

Рис. 7.15. Структура полевого транзистора с затвором Шоттки.

Электрическое поле, создаваемое напряжением, приложенным к затвору , направлено перпендикулярно потоку зарядов в канале. Изменяя значение , воздействуют на этот поток, движущийся от истока к стоку, увеличивая или уменьшая выходной ток прибора. Эквивалентная схема полевого транзистора ВЧ диапазона, приведенная на рис. 7.16, включает в себя: - емкость затвор-исток, - емкость сток-исток, - емкость затвор - сток (проходная емкость), - емкость затвор-канал, , - сопротивления потерь, - эквивалентный генератор тока стока. Частотные свойства полевого транзистора определяются постоянной времени: , (7.21)

где - постоянная времени цепи затвор-канал (см. рис. 7.16); - время пролета носителями заряда по каналу от истока к стоку.

Рис. 7.16. Эквивалентная схема полевого транзистора ВЧ диапазона

Ток эквивалентного генератора определяется напряжением, приложенным непосредственно к участку затвор-канал (см. рис. 7.15). Поэтому в ВЧ диапазоне, пренебрегая вторым слагаемым, для гeнератора стока имеем (7.22)

где - крутизна статической характеристики; - напряжение между затвором и каналом; - напряжение на входе прибора.

Согласно (7.22) зависимость амплитуды тока стока от частоты сигнала определяется выражением

. (7.23)

Из (7.23) следует, что в полевом транзисторе, как и в биполярном, коэффициент усиления прибора по мощности уменьшается с повышением частоты. Статические характеристики полевого транзистора. При схеме транзистора с общим истоком различают два вида семейств характеристик: зависимости тока стока от напряжения сток-исток и затвор-исток (рис. 7.17,а) и зависимость тока стока от напряжения затвор-исток (рис. 7.17,б).

Рис. 7.17. Статические характеристики полевого транзистора

Тангенс угла наклона линейного участка характеристики есть статическая крутизна . По внешнему виду статические характеристики полевого транзистора близки к характеристикам биполярного транзистора (см. рис. 7.4). Однако следует иметь в виду, что биполярный транзистор управляется входным током (при схеме с общим эмиттером - током базы), полевой - входным напряжением затвор-исток.