Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000), страница 11

2.15, помимо фазового сдвига произошло также искажение формы входного сигнала на выходе, Подадим теперь на вход транзистора некоторую постоянную составляющую 1эе и серию импульсов lэ =1, причем как показано на рнс. 2.16,а штриховой линией !эе Ъ|э 1. Пусть вначале длительность импульса входного тока !э больше чем 2(э (считаем 2!в !э+!..) для !х на рис.

2.15. Тогда, пренебрегая величиной г„будем иметь изменение (н, соответствующее рнс. 2.16,а, Уменьшая длительность импульса до величины, равной 2!о, получаем изменение !н, показанное на рнс. 2,16,б. При дальнейшем уменьшении длительности нмяульса (прн повышении частоты входного сигнала) амплитуда выходного сигнала уменьшается, а следовательно, уменьшается коэффициент передачи тока транзистора, Частота, прн которой модуль )Ймв) !а( уменьшается в у2 раз относительно своего значения, измеренного иа низкой частоте, называется предельной частотой усиления по току и обозначаетсЯ1, С изменением частоты, вполне очевидно, будет изменяться также величина фазового сдвига выходного тока транзистора по отношению к входному. Следует подчеркнуть вполне очевидную вещь, что чем тоньше база (т.

е, меньше величина Ь), тем в меньшей степени искажается сигнал на выходе и допускается работа транзистора на более вы- 50 .лт, тл '.т Ркс. 2лд Переходные процес. сы при вклкзчеиии транзистора в схеме с ОВ ~лл тз Рис. 2да, Времеикые диатрам. иы токов эмиттера и коллек. тора сокнх частотах. Поэтому чем более высокочастотный транзистор, т«м тоньше у него должна быть база. С повышением частоты иа работу транзистора начинают окамлвать влияние эмиттерные н коллекторные емкости переходов.

Иаличне токов смешения через переход связано только с зарядными емкостями и не связано с диффузионными. Поэтому в вквивалентных схемах прн высоких частотах под Ск н Сэ понимают зарядные емкости. Рассмотрим эмнттерный переход (см. рис. 2.12). Полный ток вмнттера будет состоять из двух составляющих: тока через гэ, связанного с инжекцией зарядов в базу н управе«пнем коллекторным переходом; тока смешения через емкость Сэ, не связанного е ннжекпией. С ростом частоты будет падать емкостное сопротивление Сэ л, следовательно, с ростом частоты будет возрастать доля второй оставляющей в полном токе эмиттера и уменьшится, соотмтгиенно, первая. В связи с этим коэффициент передачи тока будет з меньшаться.

Влияние зарядной емкости коллекторного перехода на егг свойства оказывается значительно более сильным. Хотя емкосы коллекториого перехода значительно меньше зарядной емкостт эмиттерного перехода, активное сопротивление холлекторного пе рехода может в десятки тысяч раз превосходить сопротивление эмнттерного перехода. Вследствие этого приходится считаться с появлением тока смешения через зарядную емкость коллекторного перехода иа частотах значительно меньших, чем в случае эмнт-, терного перехода, Если осуществить на выходе транзистора короткое замыкание н пренебречь сопротивлением гх по сравнению с )гв, то емкость окажешься соединенной параллельно с сопротивлением базы Рв.

Постоянная времени такой цепочки называется постоянной вре.мени базы и характеризует инерционность транзистора 'з= )~а~ . Частотные свойства транзистора в схеме включения с ОЭ часто характеризуют граничной частотой коэффициента передачи тока ().е или ),), под которой понимают такое ее значение, когда !Ьм з) ) Для характеристики генераторных транзисторов используют понятие максимальной частоты генерации ),„, которая может быть получена в схеме автогенератора прн К, ). Классификация биполярных транзисторов.

Выпускаемые про-, мышленностью дискретные биполярные транзисторы классифицируют обычно по двум параметрам: по мощности и частотным свойствам. По мощности оии подразделяются на маломощные (Р..а ~0,3 Вт), средней мощности (О,З Вт<Р„„,:а!,5 Вт) и мощные (Р,„„>),5 Вт); по частотным свойствам — на низкочастотные (),~0,3 МГц), средней частоты (0,3 МГц<).~3 МГц), высокой частоты (3 МГц<) ~ЗО МГц) н сверхвысокой частоты ()„> >30 МГц). 2.3. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ )7олгвой транзистор — полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей, протекающим через проводящий канал, и управляемым электри ческнм полем. Полевой транзистор в отличие от биполярного иногда называют уннполярным, так как его работа основана на использовании только основных носителей заряда — либо электронов, либо дырок. Поэтому в полевых транзисторах отсутствуют процессы изменения (накопления и рассасывания) объемного заряда неосновных носителей, оказывающие заметное влияние на быстродей- 52 ггвие биполярных транзисторов.

Основным способом движения и<жителей заряда, образующих ток полевого транзистора, является их дрейф в электрическом поле. Проводящий слой, в котором соз>шстся рабочий ток полевого транзистора, называют каналом. Полевой транзистор — полупроводниковый усилительный прибор, которым управляет не ток (как биполярным транзистором). и напряжение (электрнческое поле, отсюда н название †полев), <куществляющее изменение площади поперечного сечения провошщего канала, в результате изменяется выходной ток транзнн>ра.

Управление же электрическим полем предполагает отсут° <вне статического входного тока, что позволяет уменьшить мощность, требуемую для управления транзистором. Токопроводящие каналы могут быть приповерхностными (транзисторы с изолированным затвором) и объемными (транзнсторы г управляющим р-и-переходом). Приповерхностный канал пред< гавляет собой либо обогащенный слой, образующийся за счет >н>норных примесей в полупроводнике, либо инверсный слой, возникающий под действием внешнего поля.

Такой полевой транзи< >ор имеет классическую структуру металл — диэлектрик — полупроводник (МЛП-структуру), в которой роль диэлектрика, как правило, играет окснд (например, двуокись кремния з(Ог). Пою >му полевой транзистор с такой структурой часто называют МЛП- илн МОП-транзистором (металл — окснд — полупроводник), Металлический электрод, создающий эффект поля, называют >н>гвором (3), два других электрода — истоком (И) н стокох< (С). )(сток и сток в принципе обратимы. Истоком служит тот из ннх, и> которого при соответствующей полярности напряжения между н«оком н стоком в канал поступают основные носители заряда, я стоком — тот, через который эти носители уходят из канала, В зависимости от того, какой нз выводов является общим для а<ода и выхода, различают три схемы включения полевого трамнстора: с общим истоком (ОИ), с общим затвором (ОЗ) н общим ц>ком (ОС).

Наибольшее распространение на практике нашла <сма с ОИ. Принцип работы полевого транзистора. В полевом транзисторе объемным каналом площадь поперечного сечения канала ме>ястся за счет изменения площади обедненно<о слоя обратно ключенного р-л-перехода. На рис. 2.!7 показан полевой транзн>ор с управляющим р-п-переходом, включенный по схеме с ОИ. > )ри ее анализе все напряжения будем рассматривать с учетом нх иаков. На р-и-переход (затвор) — исток) подается обратное на~ряжене (>зи. При его уменьшении глубина <( обедненного слоя (зачтрнхованная область на рнс.

2.)7 — область объемного заряда) 53 Рис 2.! 7 Пол«во» транзистор с уиравлвхнпим р-и.переходом возрастает, а токопроводящее сечение Ь канала сужается. Прн атом увеличивается сопротивление канала, а следовательно, снижается выходной ток 1с транзистора. Поскольку напряжение 0зт прикладывается к р-и-переходу и обратном наиравленин, ток 14 ничтожно мал н практически не зависит от управляющего напряжения, Для полевых транзисторов входная характеристика (зависимость 1з от 0зи при фиксированном значении стсм1 не имеет практического применения и при расчетах используют только передаточные и выходные ВАХ. На рис.

2.!8 приведены выходные и передаточные характеристики полевого транзистора с управ. ляющнм р-л-переходом для схемы включения с ОИ. Эти характеристики, подобно характеристикам биполярного транзистора, имеют нелинейный характер, а, следовательно, полевой транзи- 1« в ттслатми Огх "~и ттдво«с Щ д/ Рис.

2.18. т:титнческ~и пилит.аипериые характеристики полевых транзисторов С )и1риилахиииы р-и-переходом (схема ОИ); а — тмтеанит. Π— иер«хате«вы« 64 г>ор, как и биполярный, является управляемым нелине'шым элементом цепи. Однако прн сравнении нх выходных харак>еристик очевидны существенные различия. 11а начальном участке изменения выходного напряжения полек го транзистора крутизна его ВАХ с изменением входного сигнала не остается постоянной, как в случае биполярного транзнги>ра (см, рпс, 2.10,б). Как видно из рнс. 2.18,а с )меиьшеинсм Узи крутизна ВЛХ уменьшается.

а следовательно, возрас>яг> выходное сопротивление транзистора. Это указывает иа >иинснмость выходного сопротивления полевого транзистора от гиравля>ощего напряжения на этом участке ВАХ. Изменение выходного тока (с полевого транзистора прн измен> ини Оси происходит до определенного значения выходного наПряжения, равного напряжению насыщения (/си ., (проекция на ось абсцисс гочки пересечения штриховой кривой ОА с соответггвующей ВАХ транзистора).

Это напряжение равно (/си„, ~(узи — 1'зи„тс, где ()зи ото — управляющее напряжение, при Котором !с=.() (режим отсечки), а ((зи — управляющее напряже. иие, соответствующее рассматриваемой ВАХ транзистора, 1!рн .далю>ейшем возрастания выходного напряжения зок (с остается неизменным вплоть до пробивного напряжения (> си м».

Физику происходящих прн этом процессов и полевом транзи»орс можно объясни>ь следующим образом. Как уже отмечалось, прн входном иапрян<еиин 0зи Узи„„ соответствую>цем обратному напряжению на р-л-переходе (за>вор — исток), при котором >окопроводящий канал транзистора пгдст полностью перекрыт, выходной ток Iс транзистора будет равен нулю (см. рис. 2.!8,о), При ('зи >(>зи „, в токопроводящсм канале появляется проток шир»ной Ь н по нему от стока к истоку начинает протекать так ус, создавший на сопротивлении к»нала падение напряжения, Это напряжение, складываясь с напряжением 0зи, по мере приближения к стоку, приводит к увеличению напряжения на обратно сме>ценном р-л-переходе, т.

е. к сужению канала при приближении к истоку. как это показано на рис. 2.!7. Рост тока >г приводит к увеличению падения напряжения на канале и к уменьшению его ширины, в результате умень- ищется ток >с, протекающий между стоком и истоком. Однако уменьшение тока стока приводит к уменьшению падения напряжения на канале и к уменьшению фактического (суммарного) напряжения иа обратно смещенном р-а-переходе, что увеличивает ширину Ь кзнала, а следовательно, и ток )с.

В ре.>)льтате, в структуре полевого транзистора, приведенного на рис, 2,17, устанавливается динамическое равновесие и при Уси~ >()си„., ток стока поддерживается на уровне насыщения /с„„. Как видно из рнс. 2,18,а с уменшиеиием напряжения с)зи про- 55 Ркс 2 )9 Структура МЛП- транзистора "тш Ватажка бнвное напряжение транзистора Усиар.з уменьшается, При этом всегда выполняется равенство Уси пры = Уси араа (прп Узи = О) + У зи.