Статические характеристики и параметры транзистора

Статические характеристики. Полевой транзистор может быть включен в схему так же, как и биполярный транзистор, шестью возможными способами. В соответствии с этим различают прямые и инверсные схемы включения. Ос­новными схемами включения являют­ся прямые схемы: схема с общим истоком, схема с общим затвором и схема с общим стоком. Основные свойства этих схем и их примене­ние подобны свойствам и примене­нию соответствующих схем включе­ния обычных транзисторов, если учесть, что в полевом транзисто­ре роль эмиттера выполняет исток, роль базы - затвор и роль коллек­тора - сток.

Наибольшее применение находит схема включения полевого транзистора с общим истоком.

Выходные характеристики полевого транзистора, включенного по этой схеме (рис.3,а), представляют собой зависимость тока стока от напряжения стока при постоянных напряжениях затвора.

Характеристика, снятая при напряжении затвора =0,в начальной части имеет вид прямой линии (омический режим работы транзистора), так как при достаточно широком канале сопротивление канала мало зависит от напряжения стока и ток стока определяется практичес­ки сопротивлением объема полупроводника. При дальнейшем повы­шении напряжения стока более заметно сказывается увеличение сопротивления сужающегося канала, и рост тока стока замедляется, а при напряжении насыщения совсем прекращается (режим насыщения работы транзистора). Ток стока при напряжении, равном или превышающем напряжение насыщения, называют начальным током стока .

Дальнейшее увеличение напряжения стока не должно приводить к росту тока стока, однако в действительности ток стока нес­колько увеличивается.

Незначительное увеличение тока стока в режиме насыще­ния при повышении напряжения обусловлено некоторым умень­шением эффективной длины канала за счет рас­ширения перекрытой части канала в сторону истока (эффект моду­ляции длины канала, подобный эффекту модуляции толщины базы в биполярном транзисторе). Отчасти это также связано с наличием участка с конечным сопротивлением между стоковым электродом и местом смыкания обедненных слоев переходов, на котором падает часть напря­жения , и, следовательно, не все напряжение стока участву­ет в образовании областей пространственного заряда, т.е. рост сопротивления канала не пол­ностью компенсирует действие увеличивающегося напряжения . Другими причинами увеличения тока стока в режиме насыщения мо­гут быть различного рода утечки, а также изменение электропро­водности полупроводникового материала под действием сильных электрических полей и температуры.

Характеристика, снятая при отрицательном напряжении затво­ра, располагается ниже характеристики, снятой при = 0. Ли­нейный участок этой характеристики более наклонен к оси напря­жений, так как исходное сопротивление проводящего канала при I l >0 больше, чем при = 0 . Перекрытие проводящего канала пространственным зарядом в этом случае происходит при меньшем напряжении стока.

Характеристики, снятые при больших по абсолютной величине напряжениях затвора, еще более наклонены к оси напряжений вследствие более узкого исходного канала и по этой же причине имеют меньшие значения напряжения насыщения.

Максимально допустимое напряжение стока ограничивается воз­никновением лавинного пробоя между затвором и стоком, вследст­вие которого резко возрастает ток стока (рис.3,а). Напряжение, приложенное к переходу у стокового конца канала (где и возникает пробой), представляет собой разность потенциалов стока и затвора, поэтому большим потенциалам затвора соответс­твуют меньшие напряжения стока, при которых происходит пробой.

Характеристики прямой передачи транзистора при const могут быть получены перестроением выходных характеристик в дру­гой системе координат. В области пологой части выходных харак­теристик смещением характеристик передачи можно пренебречь в связи с малым изменением тока стока (рис.3,б). Характеристики передачи хорошо аппроксимируются выражением

= ( )ⁿ ,

где =1,5 - 2,5 и определяется технологией изготовления тран­зистора.

Параметры. Для оценки усилитель­ных свойств полевых тран­зисторов и при расчете схем обычно используются известные параметры экви­валентного четырехполюс­ника и параметры физичес­ких эквивалентных схем.

В применении к поле­вым транзисторам по ряду причин предпочтительнее система - параметров. В частности, -параметры полевого транзистора мо­гут быть легко измерены из-за отсутствия затруд­нений в осуществлении ко­роткого замыкания входной цепи.

Полевые транзисторы характеризуются следующими

- параметрами:

1. Крутизна характеристики транзистора (проводимость прямой передачи)

Y_21и = S = при ,

Характеризует управляющее действие и может иметь величину от нескольких миллиампер до ампер на вольт.

2. Выходная проводимость

= при

В режиме насыщения проводимость транзистора близка к нулю, поэтому транзистора близка к нулю, поэтому вместо этого параметра для оценки свойств полевых транзисторов чаще используется дифференциальное сопротивление канала, или внутреннее сопротивление которое на пологом участке характеристики полевого транзисто­Ра (в режиме насыщения) обычно составляет десятые доли и единицы мегаом и значительно больше сопротивления постоянному току .

3. Статический коэффициент усиления по напряжению

= при

Характеризует относительное влияние изменения напряжений на ток стока; в режиме насыщения может составлять величину от нескольких десятков до сотен. Коэффициент может быть определен по известным величинам параметров и как

= = Y_21и/ .

Дифференциальные параметры полевого транзистора можно определить, как и для биполярного транзистора, по его статическим характеристикам, переходя к малым приращениям токов и напряжений.

Усилительные свойства транзисторной структуры реализуются при его работе в режиме насыщения. В омическом режиме работы значения всех трех параметров существенно уменьшаются. В частности, дифференциальное сопротивление становится равным сопротивлению постоянному току

. Это позволяет использовать полевые транзисторы в качестве электрически управляемого активного сопротивления (резистора), величина сопротивления которого определяется напряжением затвора.

4. Дифференциальное входное сопротивление

= при

и соответствует дифференциальному сопротивлению включенного в обратном направленииперехода. Входное сопротивление полевого транзистора на низких час­тотах из-за малого входного тока очень велико и составляет порядок единиц и даже десятков мегаом. На высоких частотах входное сопротивление снижается из-за влияния распределенной по длине канала емкости между затвором и истоком.

5. Проводимость обратной передачи (обратной связи)

= (при ) на низких час­тотах практически равна нулю, а на высоких – увеличивается вследствие влияния распределенной по длине емкости между стоком и затвором.

Входное сопротивление транзистора постоянному току

= при данном напряжении определяется током затвора (обратным током включенного в обратном направленииперехода) и составляет величину 10¹⁰ – 10¹² Ом.