Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 57
Текст из файла (страница 57)
)о еоеоа ~~(х) А (5.40) Здесь г — ширина канала. Уравнение (5.40) приведем к виду ~т л о Г р(х)] 1р( Л Проинтегрируем по всей длине канала: Отсюда получим уравнение для тока стока г„который равен току канала 1„: о~ 1,=Ь (и — и )и, (5.41) Здесь р а~~У И„ Е„ (5А2) г — <<(и, „— и )и, уравнение (5.41) можно приближенно представить в виде г, =Ь(и, — и )и, (5.43) То есть зависимость тока 1, от напряжения и, „оказывается линейной.
При и, „си, „— и„канал МДП-транзистора перекрывается. Вэтом режимеэлект- роны попадают из канала в сток через обедненный слой благодаря наличию в этом слое продольного электрического поля. Перекрытие канала наступает при напряже- Полученное уравнение справедливо лишь для области значений параметров, в которой поверхностный канал существует на всем протяжении от истока до стока, то есть для тех значений параметров, при которых и „> и, и и, „— и > и,. „. Такой режим работы называется линейным. При малых значениях и, „, таких что зоз о,З.
Полевые транзисторы с изолированным затвором нии и, „и„= и, „— и „которое называется напряжением насыщения. Для расчета тока стока в таком режиме работы, называемом режимом насыщения, в уравнение (5.41) следуют подставить и, „*'и, „— и„., Тогда зто уравнение примет вид ; =-(И, „— Ии) .
2 (5.44) Из уравнения следует, что в режиме насыщения ток стока не зависит от и, „и между 1, и и, „— и„,, существует квадратичная зависимость. Статические характеристики Из приведенных выше соотношений следует, что ток стока зависит как от напряжения и, „, так и от напряжения и, „. Поэтому следует рассматривать два вида характеристик: 1,= Г (и „) прин, „= сонат и 1,=У(и, „) при и, „= сопэп Входной ток затвора практически отсутствует, поэтому рассматривать входные характеристики не имеет смысла. На рис. 5.13, а представлено семейство выходных характеристик прн различных напряжениях и, „. Внешне оно такое же, как семейство выходных характеристик для транзистора с управляющим р-н-переходом.
Различие состоит э том, что на затвор подается не отрицательное, а положительное напряжение. При малых значениях напряжения и, „, когда канал не перекрыт, ток линейно нарастает по мере роста и, „. По мере роста и, „канал сужается, и рост тока замедляется. При напряжении и, „= и, „— щ,, канал перекрывается, и транзистор переходит в режим насыщения. Ток в этом режиме определяется уравнением (5.44).
По мере дальнейшего роста и, „канал укорачивается. Механизм прохождения тока через перекрытый канал такой же, как э транзисторе с управляющим р-н-переходом. Рив. 6ЛЗ На рнс. 5 13, б представлена управляющая характеристика МДП-транзистора, соответствующая некоторому постоянному напряжению и,, При и, „< и„,р канал Глава б. Полевые т анзисторы между истоком и стоком отсутствует, поэтому ток стока практически равен нулю. При и, „> и„,р между истоком и стоком существует канал, толщина которого увеличивается по мере роста и, „, что и обусловливает рост тока 1,. Теоретически зависимость тока 1, от напряжения и, „определяется уравнением (5.44). Так же как и в полевом транзисторе с управляющим р-л-переходом, управляющая и выходные характеристики взаимосвязаны, что отражено на рис. 5.13, Влияние температуры на ток стока обусловлено теми же причинами, что и в транзисторе с управляющим р-а-переходом.
С ростом температуры снижается подвижность носителей заряда в канале, а следовательно, ток стока, одновременно уменьшается контактная разность потенциалов, что ведет к возрастанию тока стока. Эти два процесса при некоторой величине и, „компенсируют друг друга, вследствие чего существует термостабильный ток, как зто показано на рис.
5.14. гсо лис. В.тв Характеристики МДП-транзисторов со встроенным каналом отличаются от характеристик МДП-транзистора с индуцированным каналом (рис. 5.15). Основное принципиальное отличие состоит в том, что при и, „= О существует ток стока. При и, „> О он возрастает, при и, „< Π— уменьшается.
лис. в.тв 305 5.4. усилительные и частотные свойства полевых транзисторов Дифференциальные параметры Так же как и в полевом транзисторе с р-л-переходом, дифференциальными параметрами МДП-транзистора являются крутизна 5, внутренняя проводимость С; и коэффициент усиления р. Способ определения их по характеристикам ничем не отличается от способа, рассмотренного в подразделе «Дифференциальные параметры» раздела «Полевые транзисторы с управляющим р-п-переходомь 1см.
рис. 5.4.). Для выяснения причин, влияющих на крутизну, продифференцируем уравнение 15.44). В результате получим 5=Ь(и, „-и„„). (5А5) и, едео~ Здесь Ь = И,Е., Из 15А5) следует, что для повышения крутизны надо снижать пороговое напряжение и„.и уменьшать длину канала Х, и толщину подзатворного диэлектрика И„а также увеличивать ширину канала Х Практически длина канала составляет от 1 до 10 мкм, толщина диэлектрика И, 0,1 мкм, отношение Е~Х„= 10' — 104. Важным параметром полевых транзисторов является величина внутренней проводимости в линейном режиме.
Желательно, чтобы она была больше. Величину этой проводимости можно определить, дифференцируя 15.43): 6, = ' =Ь(и, „— и~)=5. д1, и,„ 15А6) Полученный результат показывает, что проводимость в линейном режиме численно равна крутизне. Следовательно, увеличивая крутизну, мы тем самым добиваемся того, что выходная характеристика полевого транзистора в линейном режиме идет более круто, что очень важно для полевых транзисторов, работающих в ключевом режиме.
5.4. Усилительные и частотные свойства полевых транзисторов Подобно биполярным транзисторам полевые транзисторы находят применение как усилители электрических колебаний. При этом возможна работа в схемах с общим истоком, с общим стоком и с общим затвором. Наиболее распространенной является схема включения с общим истоком, представленная на рис. 5.10.
В этой схеме подложка обычно соединяется с истоком. Режим работы транзистора по постоянному току определяется так же, как и режим работы биполярного транзистора: на поле выходных характеристик строится нагрузочная линия, а на затвор подается постоянное напряжение такой величины, чтобы исходная рабочая точка располагалась примерно на середине участка выходных характеристик, соответствующего режиму насыщения. При подаче на затвор переменного напряжения с амплитудой сГ ток стока изменяется с амплитудой 1,, создавая на резисторе я„падение напряжения с амплитудой сГ „= -1, к„, которое находит- Гневе 6! Полевые трвнзиет ы ся в противофазе с током, что учитывается знаком «минусь. Коэффициент уснлек ния напряжения и„„. -7,.Л„ (' вк в (' вк.в (5.47) Р с.е.тв То есть этот коэффициент зависит от сопротивления нагрузки и крутизны.
Для выяснения частотной зависимости К„необходимо рассмотреть эквивалентную схему полевого транзистора (рис. 5.17), которая определяется его структурой. В нее входят междуэлектродные емкости, распределенное сопротивление канала и генератор тока оУ, „, вырабатывающий токо зависящий от входного напряжения У, „.
Распределенное сопротивление канала состоит из двух частей: сопротивления неперекрытой части канала Я„(оно сравнительно невелико) и сопротивления перекрытой части канала Я, (оно сравнительно велико). Строго говоря, эти два сопротивления включены последовательно между истоком и стоком, однако учитывая, что гк! во много раз больше Яч для упрощения анализа целе-, сообразно гк, соединить непосредственно с'истоком. ! ! ! ! Як ! ! ! ! ! И,П Рис.
6.17 5.4. Усилительные и частотные свойства полевых транзисто ов К междуэлектродным емкостям относятся: (), „1 2, 1юС, (5.48) Здесь 4, „=Я„+, ' (1, 1+ йоС,,Я„ 1юС, 1гоС, „В„ Подставив значение У, „в (5А8), получим 1 Здесь (от = —. С,,Я, (5.49) Поскольку с ростом частоты уменьшается напряжение (), „управляющее током через канал, то соответственно уменьшается крутизна, которая равна Я с 1 (1з-и (5.50) и,„1+1 —" 1+1— 1, — — значение крутизны при ш = О. (1э-к Здесь Я, Модуль крутизны равен: И= И~ (5.51) с1 емкости С, „между затвором и истоком и С, „между затвором и подложкой, определяющие реактивную составляюшую входного тока, сумма этих емкостей составляет входную емкость транзистора С,„= С, „+ С, „; с1 емкость между затвором и каналом С, „образующая совместно с сопротивлением В„неперекрытой части канала ЯС-цепочку, снижающую крутизну, то есть эффективность управления на высоких частотах; с1 емкость между затвором и стоком С,, создающая цепь обратной связи выходной цепи с входной; 1з емкость между стоком и подложкой С, „, обусловливающая реактивную составляющую выходного тока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
