Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 64
Текст из файла (страница 64)
6.4). Плотность тока в канале 1=ТЕ= — у-х (6,2) и' нк 2 ' пн (6.6) 307 Используя (6.4), (6.5) н (6.6), получим .— (-Г ") (6.7) После подстановки (6.7) в (6.3) абсолютное значение тока стока э.~ =,э.(~ — ээ~ф. (6.8) Решая зто дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными прн граничных условиях: 1) х=0, сГ=О и 2) х=!, ф=(/си, получим искомую функцию где г(си-«=1/(уаЬ) — сопротивление сток — исток в открытом состоянии, т. е. при (/зн = 0 н при малом напряжении на стоке (меньшем напряжения насыщения).
Выражение (6.9) дает возможность найти ток насыщения полевого транзистора. Как отмечалось, перекрытие канала происходит прн напряжении отсечки (/зн„,. Режим насыщения наступит прн условии изн + ися = и...„, т. е. при напряжении на стоке (/,.„„ = и...„ — и,. (6.10) Если в выражении (6.9) заменить напряжение на затворе (/эн напряжением на стоке, прн котором происходит насыщение, и напряжением отсечки (/зн„э, пользуясь соотношением (6.10), то получим связь между током и напряжением насыщения: = — ~иси„., + -~((/,, — (/сн„„) Х си ~п ,< ~/и„„,— и„... 2 „) эи * (6.11) зов На рис. 6.2 штриховая кривая показывает зависимость /с„„=!((/си„„). Эта зависимость является геометрическим местом точек, соответствующих токам н напряжениям, при которых наступает режим насыщения полевого транзистора.
Важно знать также зависимость тока насыщения от напряжения на затворе полевого транзистора, т. е. характеристику передачи. Эту зависимость можно найти, если в выражение (6.9) подставить из условия насыщения (6.!О) напряжение иа стоке (/СИ нэг /сэвэ = — ~-9-(/зи-с — (/зи(1 — -У Ег — '" )] (6 12) ! г 1 2 / й Поскольку пологий участок выходных статических характеристик полевых транзисторов является, как и в вакуумных пентодах, основным рабочим участком, определим крутизну характеристики 5 именно в этой области.
Дифференцируя (6.12) по (/эн, получим (6. 13) Из выражения (6.13) следует, что для получения больших значений этого параметра необходимо иметь меньшее значение сопротивления сток — исток в открытом состоянии транзистора )гсн.,„или ббльшую удельную проводимость исходного материала. В то же время концентрация примесей и соответственно носителей заряда в канале должна быть небольшой, чтобы при увеличении напряжения на р-и-переходе он расширялся в сторону канала. Таким образом, для получения больших значений крутизны характеристики желательно прн изготовлении полевого транзистора выбирать материал с большей подвижностью носителей заряда.
Значение крутизны характеристики полевого транзистора в значительной мере определяется отношением ширины канала Ь к его длине 1. Увеличение отношения Ь/1 позволяет повысить крутизну характеристики 5 и ток насыщения полевого транзистора [см. (6.11) и (6.13)). Согласно выражению (6.13), для повышения крутизны характеристики 5 необходимо увеличивать толщину канала а. Однако с увеличением толщины канала недопустимо растет напряжение отсечки и напряжение насыщения, соответствующее входу полевого транзистора в режим насыщения. Так как режим насыщения является основным рабочим режимом полевого транзистора, напряжение отсечки должно быть малым.
Поэтому толщину канала стараются сделать небольшой, несмотря на некоторое уменьшение крутизны характеристики. 5 Ь.З. ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ СХЕМЫ пОлеВОГО ГРАиэистОРА С УПРАВЛЯЮЩИМ ПЕРЕХОДОМ Исходя из принципа действия и структуры полевого транзистора, можно составить его эквивалентную схему для низких частот (рнс. 6.5). Сопротивления г, и г„представляют собой объемные сопротивления кристалла полупроводника на участках между концамн канала и контактамн стока и истока соответственно. Эти сопротивления зависят от конструкции транзистора и технологии его изготовления.
На низких частотах влиянием сопротивления г, 309 Рис. 6.5. Физическая эквива ленгиза схема полевого трап зистора Рнс. 6.6. Физическая эквнва. лентиая схема с распрелелен. иман параметрачн полевого транзистора ),=до„и,„+ У„„0,„; ), = у„„(),„+ у„.и,. (6.! 4) зю можно пренебречь по сравнению с обычно большим сопротивлением нагрузки в цепи стока и большим дифференциальным со.
противлением канала г,. Общее для входной и выходной цепей сопротивление г» является сопротивлением внутренней обратной связи в полевом транзисторе, включенном по схеме с общим истоком. Падение напряжения на этом сопротивлении при прохождении тока стока оказывается обратным для р-п-перехода, В свою очередь, увеличение обратного напряжения на р-л-переходе затвора транзистора приводит к уменьшению тока стока: Емкости С,» и Сао сопротивления ги г,„и г„замещают в этой эквивалентной схеме р-и-переход с его барьерной ги 'с г емкостью и большим активным диффе- ренциальным сопротивлением при об- ГЗ ЗОЗ» Гс.
РатНОМ СМЕШЕНИИ. д Юз» йсл Генератор тока, включенный парал- лельно сопротивлению канала, отражал ет усилительные свойства транзистора. Ток этого генератора пропорционален входному напряжению (7,„; коэффициентом пропорциональности является крутизна характеристики 5. Нужно учитывать, что емкость и сопротивление затвора распределены гс по всея его площади и что сопротивление канала также является распределенным.
В этом случае эквивалентная схема полевого транзистора должна здз» быть представлена в виде схемы с распределенными параметрами (рис. 6.6). Однако такая схема значительно слож- 1 ! нее для выяснения свойств и характеристик полевых транзисторов. Кроме физических эквивалентных и сг схем полевого транзистора можно представить и формальные эквивалентные схемы с у-, г- или гз-параметрами.
Так как входные и выходные сопротивления полевых транзисторов велики, то удобнее измерять и задавать комплексные параметры проводимостей его формальной эквивалентной схемы (рис. 6.7). Токи и напряжения на выводах полевого транзистора в режиме малого сигнала для схемы с общим истоком соответствуют следующим характеристическим уравнениям четырехполюсника: Определяются у-параметры при режимах короткого замыкания по переменному току на выходе и входе транзистора: УП» мм ' (. ' У~т» = (6.15) У( й~ Ум = (-; Уэз»= Если эти режимы воспроизвести на эквивалентной схеме рис.
6.5, то можно найти формулы перехода от параметров сосредоточенных элементов физической эквивалентной схемы к у-пара- Рис. 6.7 Формальная эквнвалентнаи схема полевого транзистора, соответствуюозая системе у.па- раметров метрам. Пренебрегая малыми проводимостями р-и-перехода затвора и объемными сопротивлениями полупроводника около истока и стока, получим у~ ы = )оз(См + См); упм = — )отС»с ', (6.! 6) У2!» = о — )ОЗС»»,' У22» = — + /гоС»с г, Все эти параметры зависят от значений постоянных смешений на электродах полевого транзистора. е 6.4.
чдсТОтнме сВОйствд ЛОЛЕИМХ ТРАНЗИСТОРОИ С УПРАВЛЯ2ОЩИМ ПЕРЕХОДОМ Принцип действия полевого транзистора не связан с инжекцией неосновных носителей заряда в базу и их относительно медленным движением до коллекторного перехода.
Полевой транзистор— это прибор без инжекции. Поэтому инерционность и частотные свойства полевого транзистора с управляющим переходом обусловлены инерционностью процесса заряда и разряда барьерной емкости р-л-перехода затвора. Напряжение на затворе измениться мгновенно не может, так как барьерная емкость р-л-перехода затвора перезаряжается токами, проходящими через распределенное сопротивление канала и через объемные сопротивления кри- сталла полупроводника около истока и стока.
Поэтому не может мгновенно измениться и сечение канала, На низких частотах полное входное сопротивление полевого транзистора с управляющим р-л-переходом определяется большим значением гмы С ростом частоты входного сигнала полное входное сопротивление транзистора уменьшается в связи с наличием емкости С,н. Следовательно, для управления полевым транзистором при высоких частотах необходима большая мощность входного сигнала, Кроме того, наличие в полевом транзисторе проходной емкости С„, аналогичной емкости анод — сетка в вакуумной лампе, приводит к возникновению в полевом транзисторе частотно-зависимой обратной связи. С ростом частоты увеличивается обратная связь через цепь г,С„ (см.
рис. 6.5), что эквивалентно уменьшению полного входного сопротивления полевого транзистора и уменьшению его усиления. Для получения оптимального усиления в реальных схемах на полевых транзисторах, необходимо согласование внешних сопротивлений с входным и выходным сопротивлениями транзистора.
Поэтому во внешней цепи входа и выхода полевого транзистора обычно есть большие сопротивления, которые значительно увеличивают постоянные времени перезаряда емкостей полевого транзистора. В связи с перечисленными причинами максимальные рабочие частоты реальных схем на полевых транзисторах с управляющим р-л-переходом не превышают нескольких сотен мегагерц. А йлк ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ Полевой транзистор с нзолнроваммым затвором — ато полевой трамзнстор, ммеювамй одмн нлм несколько затворов, злектрнческн »зол»рован»ма от проводнщего канала. Структуры полевых транзисторов с изолированным затвором показаны на рнс.
6.8. В кристалле полупроводника с относительно высоким удельным сопротивлением, который называют подложкой, созданы две сильнолегированные области с противоположным типом электропроводности. На этн области нанесены металлические электроды — исток и сток. Расстояние между сильнолегированными областями истока и стока может составлять всего несколько микрометров. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким (порядка О,! мкм) слоем диэлектрика. На слой диэлектрика нанесен металлический электрод — затвор.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
