Краткие сведения по полевым транзисторам с управляющим p-n переходом

Полевые транзисторы (ПТ) относятся к транзисторам управляемым напряжением. Выходные параметры (в частности выходное сопротивление) зависят от величины входного напряжения. Известно, что полевые транзисторы имеют несколько модификаций – это полевые транзисторы с управляющим p-n переходом (ПТУП), полевые транзисторы с изолированным затвором (ПТИЗ) и полевые транзисторы на основе барьера Шоттки (ПТБШ). В данной лабораторной работе рассматриваются ПТ с р-n переходом, являющихся нормально открытыми электронными приборами. Нормально открытыми являются такие полевые транзисторы, у которых при нулевом напряжении затвора относительно истока имеется проводящий канал, связывающий сток с истоком. Важным граничным напряжением между истоком и затвором является напряжение отсечки ( ). При таком напряжении канал не образуется. Сечение идеализированной структуры ПТУП представлено на рис. 1. На этом рисунке области, обедненные носителями заряда, т.е. области пространственного заряда (ОПЗ) заштрихованы. Электроды этого транзистора обозначены буквами - исток, – затвор, - сток.

Рис. 1 Сечение структуры идеализированного ПТУП

Области истока и стока отделены от области затвора p-n переходами. При этом в ПТУП затвор не должен быть существенно смещен в прямом направлении относительно истока (во избежание прохождения тока через затвор), Например, у n-канального кремниевого ПТУП диодная проводимость (значительный ток затвора) будет наблюдаться по мере того, как напряжение на затворе приближается к +0.6 В, по отношению к истоку. Поэтому в активном режиме затвор работает, будучи смещен в обратном направлении по отношению к каналу, при этом в цепи затвора нет никакого тока, кроме тока утечки. Рабочую точку (в активном режиме у ПТУП) можно охарактеризовать определенным током стока , напряжением смещения затвора относительно истока , напряжением смещения стока относительно истока и таким параметром, как крутизна . Крутизна является функцией тока стока:

,

и строится по известной передаточной характеристике, что для ПТУП есть: «Ток стока в зависимости от напряжения затвор-исток». С точки зрения получения максимального усиления желательно иметь максимальное значение крутизны. ПТУП, как и МОП- транзисторы, имеют почти симметричную структуру (поперечное сечение), но обычно они изготавливаются таким образом, чтобы получить емкость между стоком и затвором меньше, чем емкость между истоком и затвором, поэтому использовать сток в качестве выходного электрода, при работе на повышенных частотах, предпочтительнее. ПТУП. являются приборами обедненного типа. При нулевом напряжении на затворе относительно истока ток через канал имеет конечную величину, и носит название начального тока. Для ПТУП можно построить карту напряжений в координатах (ось абсцисс – напряжение затвор-исток, ось ординат - напряжение сток-исток), которая дает представление о том, какой режим в четырех квадрантах можно реализовать при соответствующих значениях пар напряжений затвор-исток и сток-исток.

Моделирование ПТУП, так же как и других электронных активных компонентов, может производиться тремя способами. Один из них – использование многополюсников, которые замещают требуемый компонент. При этом замещающий многополюсник представляется черным ящиком, который определенным образом реагирует на входное воздействие. Второй способ замещения – представляет собой формирование определенной электрической схемы, которая отражает внутреннюю структуру замещаемого компонента и сама может быть использована при анализе работы большой электрической схемы, компонентом которой и был замещаемый компонент. Этот способ носит название – создание структурно-физической эквивалентной схемы. Третий способ – создание математической модели (построение математических соотношений между входными и выходными величинами при функционировании компонента, которые правильно описывают его поведение в электрических цепях).

Параметры моделей транзисторов могут быть извлечены из набора характеристик:

· статических характеристик;

· малосигнальных характеристик;

· частотных характеристик;

· импульсных характеристик.