Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи (1987) (1142057), страница 13
Текст из файла (страница 13)
2.62. При Т=ЗОО К в рабочей точке с координатами 1к — — 10 мА и 11~ —— = 10 В на низких частотах транзистор имеет сле- "' гн! ряс. бух 2.61. На низких частотах коэффициент передачи тока эмитгера транзистора 1!зяб — — -0,98 его предельная частота 1,ч! = 5 МГц. Определить: а) модуль коэффициенте передачи тока эмитгера )йз1б~ этого транзистора на частоте 10 МГц; б) частоту, на которой модуль коэффициента передачи тока эмиттера уменьшается до значения 0,6. дующие значения Ь-параметров: Ь„,= Ом, йп.,=10 ~, йтн= 100 й =50 С .
Вычислить все параметры гибридной схе ы замещения, если /,я — — 50 МГц и С„= 3 пФ. Регление Гибридная схема замещения зпображена на рис. 2.38. При расчете ее параметров учтем, что д,=1к/ганг, где 1к — ток коллектора в рабочей точке, <рг=/гТ/ — температурный потенциал. В рассматриваемом случае д, = 10. 10 з/(25,8 10 з) = 0,388 См; 1/дез = )~п/д, = Ьз„<рг/1„= 100/0,388 = 258 Ом; гм = йнэ — газ = 500 — 258 242 Ом; 'гт = 1/деч = газ/й~ь = 258/10 = 2,58 МОм; д = 1/г = Ьтн — (1+ ьчн)деч = = 50.10 е — 101 0,388 10 е = 10,8 10 е См„ г = 1/д„,=92,5 кОм; С, = д,/(2я/' ) = 0,388/(2л. 50. 10е) = 1235 ° 10 зз = 1235 пФ.
ф 2.2. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Полевые транзисторы представляют собой полупроводниковые приборы, в которых управление током, протекающим между двуми электродами, осуществляется с помощью напряженин, приложенного к третьему электроду. Их работа основана на перемещении только основных носителей заряда, т. е. дырок или электронов. Управление током в них осуществляется за счет изменения удельной проводимости и площади полупроводникового слоя (каналн), через который проходит рабочий ток, с помощью электрического поля. Электрод полевого транзисгора, через который втекают носители заряда в канал, называется истоком (И), а электрод, через который из канала вытекают носители заряда, называется стоком (С).
Эти электроды обратимы. С помощью напряжения, прикладываемого к третьему электроду, называемому затвором (3), осуществляют иерекрытие канала, т. е. изменяют удельную проводимость и площадь сечения канала. По конструктивным особенностям полевые транзисторы разделяют на транзисторы с управляющим р-и-переходом и транзисторы с изолированным затвором (структуры 'металл — диэлектрик — полупроводник, МДП- илн МОП-транзисторы). В полевом транзисторе с управляющим р-и-переходом управляющая область (затвор) образует р-и-переход с областью канала При подаче на переход затвор — канал обратного напряжения происходит модуляция удельной проводимости канала, а следовательно, изменение тока канала МДП- или МОП-транзистор представляет собой прибор, в котором металлический затвор изолирован слоем диэлектрика от канала, образованного в приповерхностном слое полупроводника.
Принцип действия МДП транзистора основан на явлении управления пространственным зарядом полупроводника через слой диэлектрика. Различают МДП-транзисторы с индуцированным и со встроенным каналом. В МДП-транзисторах с индуцированным каналом проводящий канал межау истоком и стоком индуцируется гнаволится) управляющим напряжением затвора. В этих транзисторах при разности потенциалов между истоком и затвором, равной нулю, элекгропроводность между стоком и истоком практически отсутствует.
В МДП-транзисторах со встроенным каналом этот канал создается технологически. В зависимости от типа элеатропроводности канала МДП-транзисторы могут быть р- нли и-типа. Наибольшее распространение получили МДП-транзисторы с индуцированным каналом р-типа и со встроенным каналом и-типа. Тип элевтропровошюсти истока и стока всегда совпадает с типом элекгропроводности канала. Из всех видов полевых транзисторов только транзистор с индуцированным каналом при нулевом напряжении на затворе не проводит тока. Транзистор со встроенным каналом может проводить ток как при положительном„так и при отрицательном смешении. Для его запирания необходимо положительное смещение при дырочной электропроводности канала и отрицательное смещение при электронной элекгропроводности (полярность запирающего напряжения совпадает со знаком заряда основных носителей в канале).
Управление транзисторов с управляющим р-и-переходом и с индуцированным каналом осуществляется путем подачи на затвор потенциала только одной полярности Транзистор с управляющим р-и-переходом работает с отрицательньви смещением в случае канала л-типа и положительным смещением, если создан канал р-типа. В трашисторах с индуцнрованным каналом для создания канала и-типа следует подавать на затвор положительное смещение, а для наведения канала типа — отрицательное смещение. Для нормальной работы полевых транзисторов к стоку подключается источник напряжения положательньпл полюсом для транзисторов с каналом л-типа и отрицательным — для транзисторов с каналом р-типа (независимо от структуры транзистора). Полевые транзисторы обладают существенными преимуществами по сравнению с биполярвыми транзисторами.
Одним из основных достоинств полевого транзистора является его высокое входное сопротивление (10е — 10' Ом — у транзисторов с управляющим р-в-переходом и 10'е — 10" Ом у МДП- транзисторов). Они более устойчивы к воздействию ионизирующих излучений, хорошо работают и при очень низкой температуре вплоть до температуры жидкого азота (-197'С). Кроме того, они характеризуются низким уровнем шумов. МДП-транзисторы широко применяются в интегральгпях микросхемах. Вольт-ам парные характеристики полевых транзисторов. Полевые транзисторы описываются двумя ВАХ: стоковой— 1С =У'(11СИ) ! ПЗ = аяя Н СГОКОЗатяприпй 1С =Л (ПЗИ) ! иСН = аспя. Полярность включения напряжения стока, стоковая й сгокозатворная ВАХ нолевого транзистора с управляющим р-л-переходом и каналом и-типа показаны на рис 2.39,а,б,в соответственно.
На рис. 2.40,а,б,в приведены полярносп включения напряжения стокового источника питания, стоковая и стокозатворная ВАХ для МДП-транзистора со встроенным каналом. Полярность включения напряжения стока, стоковая и стокозатворная ВАХ для МДП-транзистора с инцуцированным каналом и-типа изображены на рис. 2.41, а, б, в соответственно. На характеристиках отчетливо видны две области работы полевых транзисторов: область 1 — область нарастания тока стока при увеличении напряжения (омическая область); область П вЂ” область активной работы транзистора на пологом участке стоковой ВАХ. При работе в этой области канал открыт и стоковое напряжение Гси превышает по абсолютному значению напряжение перекрытия канала. Ток стока практически не зависит от напряжения Пои. Отсечка тока стоха наблюдаетсв в том случае, ко~да напряжение на затворе по абсолютному значению превышает напряжение отсечки Пзи (для транзисторов с управляющим р-и-переходом и со встроенным каналом) или пороговое напряжение 11зи„„г (для транзисторов с индуцированным каналом).
йв "зи Л риа хзу -и -з з и а! а) р с. гзо и) Для полевого транзистора с управляющим р-в-переходом, работающего в омической области, т. е. при напряжении Уси (! У, ~ — ~ Пзн ~, стоковая характеристика описывается 1с=1с .о= 2 ~ 1- — — ~, Р.ЗО) где 1с,з — ток насьпцения стока при Пзн О. При напряжении 1 Оси ! = ! У, ~ — ! Узи 1, ток стока 1с достигает максимального значения. В пологой части характеристики, когда ! Уси! ) > У вЂ” Озн, ток с~о~а определяется соотношением 1с =ус о Стокозатворная характеристика на пологом участке также описывается последним уравнением.
Параметры полевых транзисторов. Одним нз основных параметров полевого транзистора, характеризующего его усилительные свойства, является крутизна стоксоатворной характер исппсн: (2.3 1) б = с(усМ1зи!иш- ь. Она определяет влияние изменения напряжения на затворе на изменение тока стока. Числовое значение крутизны зависит от напряжения на затворе. С увеличением Узи ток стока и крутизна уменьшаются. Для пологой части стоковой характерисппш крутизну определяют из соотношения $ =' Яп,„ 1 — зи 1, (2.32) ~ (1„, 1~' где 5,= 1/Кю максимальная крутизна при Уш =О; йю— минимальное сопротивление канала при Узн — -О.
К параметрам полевых транзисторов также относится внутреннее сопротивление транзистора, определяемое как отношение изменения напряжения стока к соответствующему изменению тока сгока при постоянном напряжении на других электродах: с((1сн сс 1с Гзи Коэффициент усиления транзистора Н определяется отношением приращений напряжения стока и затвора при холостом ходе на стоке: ПаРаметРы бс, йс и Н свЯзаны межДУ собой соотношением Н= лнь Цепь затвора характеризуют входным сопротивлением транзистора "Цзи с(уз оси сапа В качестве параметров указывают также напряжение отсечки Ц; ток насыщения стока 1с„„в при короткозамкнутых истоке и затворе (Гзи = О); емкости: затвор — сток С,с, затвор — исток С,и, сток — исток Ссгь подложка — исток Сли, граничную частоту/,р —— 1/(2кт), где т — постоянная времени цепи затвора.
Подобно биполярным транзисторам, полевые транзисторы используют в трех основных схемах включения: с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) н общим затвором (ОЗ). Усилительный каскад по схеме ОИ аналогичен схеме ОЭ. Он дает большое усиление тока и мощности и инвертирует фазу входного напряжения. Коэффициент усиления каскада по напряжению приближенно равен Ко ж Я1,„ Схема ОС подобна эмиттерному повторителю и называется потоковым повторителем.
Коэффициент усиления каскада по напряжению близок к единице. Усилитель по схеме ОС имеет сравнительно небольшое выходное сопротивление и болыпое входное сопротивление. Кроме того, здесь значительно уменьшена входная емкость, что способствует узеличению входного сопротивления на высоких частотах. Схема ОЗ аналогична схеме ОБ. Схема не усиливает тока, поэтому коэффициент усиления по мощности во много раз меньше, чем в схеме ОИ. Эта схема имеет малое входное соцротнвленне, так как входным током является ток стока Фаза напряжения при усилении не инвертируется. ПРИМЕРЫ 2.63. Показать, что если полевой транзистор с управляющим р-л-переходом работает при достаточно низком напряжении сток — исток„то можно представить его в виде резистора, сопротивление которого где Кр — сопротивление канала при нулевом напряжении затвор — исток; (У, — напряжение отсечки; Г~н — напряжение между затвором и истоком.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
