Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Влияние емкости С,, Эта емкость вместе с сопротивлением канала Я, образует частотно-зависимый делитель напряжения. Напряжение У, определяет эффект управления; Глава 5. Полевые т анзнсторы При в= газ крутизна ф= 5, Г /2, поэтому частоту юз называют предельной частотой крутизны. Частота ыз определяется постоянной времени т = С„„к„, которая называется постоянной времени крутизны. Емкость С, „определяется площадью затвора и толщиной подзатворного диэлектрика: Сопротивление Я, определяется из уравнения (5.46): Я„= 1/Ь(и, „— и,„,). Величина Ь определяется уравнением (5.42). Следовательно, 1 р (и, -и„) Предельная частота крутизны равна 1 р(и,„-и ) (5.52) 2ятт 2п(, ~ Из соотношения (5.52) следует, что предельная частота/' тем выше, чем меньше длина канала, больше подвижность электронов в канале и выше напряжение затвора.
Эта частота достаточно высокая. При А„= 1 мкм, р„= 500 см'/В с и и, „— и„= 4 В величина 7~ = 30 ГГц. Влияние емкостлей С, „, С, „и С, „. На рис. 5.17 показано, что межзу истоком и стоком включен резистор нагрузки Я„, параллельно которому включены выходная емкость предыдущего каскада С, „и входная емкость последующего С,„= С, „+ + С, „. Эти три емкости можно объединить в одну, обозначив ее через С„= С, „+ Емкость С„шунтирует резистор нагрузки Я„, вследствие чего сопротивление нагрузки оказывается комплексным.
Модуль этого сопротивления равен В этом случае коэффициент усиления равен (5.53) 5.4. Усилительные и частотные свойства полевых траизисто ов На частоте г», модуль коэффициента усиления уменьшается в ~Г2 раз. Чем мень- ше сопротивление К„, тем выше частота ю„но одновременно уменьшается коэф- фициент усиления К, на низких частотах, на которых можно пренебречь влияни- ем емкости С„.
Модуль этого коэффициента равен )К~ = Я~„. Подставим в (5.54) значение К„, полученное из (5.53), тогда (5.54) ~К,)= —. 5 гв.С„ (5.55) Влияние С„на усилительные и частотные свойства принято оценивать путем введения граничной частоты/ . Если в формуле (5.55) принять!Ка = 1 и вз, . 2п/, то / =— 5 (5.56) 2пС„ Яа, = (Й„/Йс, ) = 1„/и„ (5.57) У полевого транзистора 1, = б/2(и, „— и,)'.
Следовательно, 5„,= ' =Ь(и „вЂ” и )= й; 21, и — и з — н з-и и р (5.58) Полагая, что 1„= 1„определим отношение 5 и„— и„ 5„, 2и, (5.59) Величина и, 0,026 В, а величина и, „— и„, (1...4) В. Следовательно, крутизна биполярного транзистора многократно превышает крутизну полевого. Влияние емкости С,, Из эквивалентной схемы следует, что к емкости С,, прило- жена сумма двух напряжений: входного и выходного.
Причем выходное напряже- ние У, = -К„() „. Входной ток транзистора разветвляется падве ветви: часть тока течет через входную емкость С,„= С„„+ С, „, часть через емкость С,, С учетом Из (5.56) следует, что для улучшения частотных и усилительных свойств полевого транзистора необходимо увеличивать крутизну Я и уменьшать емкость С„= С, „+ + С, „+ С, „. Практически частотами, значительно меньше частоты~. Поэтому с частотной зависимостью крутизны обычно не считаются. Вредное влияние емкости С„на частотные свойства проявляется не только в полевых транзисторах, но и биполярных, однако в биполярных транзисторах это влияние обычно не учитывают ввиду того, что крутизна биполярных транзисторов существенно выше крутизны полевых. Поэтому граничная частота/„оказывается много больше частоты/ь, определяемой инерционностью процессов в базе биполярного транзистора. Сравним значения крутизны биполярных и полевых транзисторов, У биполярного транзистора 1,и 1,ехр(и, „/и,).
Следовательно, зтс Глава 6. Полевые транзисторы того, что к емкости С,, приложена сумма входного и выходного напряжений, входной ток будет равен 1, =У, „иоС.„+((), „— У, ) иоС, =О, (аС,„+(1+К„)Ю, иоС =У, ~твС,„,. (5.60) Здесь С,„= С„„+(1+ К„)С, 5.5. Импульсный режим полевых транзисторов В современных цифровых интегральных схемах широкое применение находят МДП-транзисторы, работающие в режиме электронного ключа (рис. 5.18, а). В этом режиме на затвор транзистора от источника сигнала и имеющего внутреннее сопротивление Я„, подаются импульсы напряжения, отпирающие и запирающие МДП-транзистор.
Если на вход транзистора подается напряжение и, „, < и„„, то транзистор находится в запертом состоянии и на его выходе будет напряжение и, „, =Е„(точка А парис. 5.18, е), Если на затвор подается напряжение и, „, > и„.„ то транзистор находится в открытом состоянии и на его выходе будет невысокое напряжение и,„,, определяемое точкой пересечения нагрузочной линии с выходной характеристикой, соответствующей напряжению и, „= и, „, (точка В на рис. 5.18, е), Как правило, эта точка пересечения находится на восходящем участке выходной характеристики, соответствующем линейному режиму работы транзистора. Желательно, чтобы этот участок был достаточно крутым, для того чтобы напряжение и,„, было как можно меньше. Ввиду наличия паразитных емкостей С„„, = С, „+ + С, „+ С,,(К„+ 1) и С„= С,, + С,„,„„(С,„„„— входная емкость следующего каскада) переключение транзистора из одного состояния в другое не может протекать мгновенно.
Процесс включения транзистора В закрытом состоянии режим работы транзистора характеризуется точкой А (см. рис. 5.18, и). В момент времени г, напряжение генератора скачком изменяется от значения и, „, до значения и, „, (рис. 5.18, б). В течение интервала времени т,, = г, — гв называемого временем задержки включения, происходит заряд паразитной емкости С „,: вк, в пар (5.61) Если внутреннее сопротивление Я„небольшое, то время задержки т, пренебрежимо мало. Время задержки уменьшается также при снижении порогового напряжения.
Из полученного уравнения следует, что наличие проходной емкости С увеличивает входную емкость транзистора, что ведет к снижению граничной частоты г',р, поскольку емкость С„, входящая в формулу (5.56), включает в себя входную емкость транзистора, шунтирующую резистор нагрузки Я„. зм 5.5. Имп льсный режим пслевьа анзисторов ! ! ! ! 'й ! ! ! ! Ра„!а „Иг!ИИ г4 ем г Рис. 6.1в В момент г, напряжение на затворе достигает порогового значения, транзистор открывается, появляется ток стока (рис. 5.18, г) и начинается разряд емкости С„ через открывшийся транзистор.
В интервале времени т„= гз — г, происходит формирование проводящего состояния канала, в ходе которого ток стока быстро нарастает с постоянной времени т, = С „Я„, и в момент, времени Гт ток достигает значения 1Р при этом рабочая точка переходит из положения А в положение Аь Глава 5. Полевые нэист ы С момента времени г, емкость С„разряжается практически постоянным током 1н величина которого определяется уравнением (5,44): (5.62) При этом для тока разряда конденсатора справедливо соотношение 1 =С вЂ” '".
~~~~с — н с и (5.63) По мере разряда конденсатора С„напряжение на нем уменьшается и в интервале времени тр гз г, транзистор находится в режиме насыщения, рабочая точка переходит из положения А, в положение А,. Интервал времени можно определить, переходя в формуле (5.63) к конечным приращениям, приняв Аи, „= Е„„— и„, тогда С, (Е„„— и„) Р Учитывая, что напряжение насыщения и, = и, „— и„,т, а ток определяется формулой (5.62), получаем: С„~Е„„— (и, „, — и„~)~ 2~ Или 2С "" '-1 Ь(и ы-и„„) Учтем формулу (5.45). Тогда получим: (5.64) В момент гз транзистор переходит в линейный режим, и в интервале времени т„= = г, — гз разряд емкости происходит током, определяемым уравнением (5А1).
В момент 1, процесс включения завершается, и на выходе схемы устанавливается напряжение и, „„определяемое точкой В (рис. 5.18, в). Длительность временного интервала ориентировочно можно определить с помощью соотношения для элементарной ЕС-цепочки: т„2,3Е„ОС„. (5.65) ЗдеСь Я„~ — сопротивление канала, через который происходит разряд конденсатора. Эта величина может быть найдена из формулы (5.46): Я„, = 1/Я = 1/Е. з1з 6.6.
П иборы с за ядовой связью Отсюда следует, что для уменьшения времени включения необходимо применять транзисторы с высокой крутизной Е. Таким образом, полное время включения транзистора т, =г,— г,=т,+т„+т,+т„. Во многих случаях величины т, и т„пренебрежимо малы. Тогда 2С„~ Е„„ Я ~и,„— и, Для ориентировочных расчетов время включения можно оценить, поделив накопленный емкостью С„заряд, равный Е„„С„, на постоянный ток разряда 1,: Е„„С„ 9КЛ Р (5.66) Процесс выключения транзистора (5.67) т, 2,3Е„С„. Таким образом, время выключения оказывается равным т,„=г — г =т,+т, 2,3Я„С„.
(5.68) Это время больше времени включения т,, поскольку сопротивление резистора Я„обычно велико. 5.6. Приборы С Э~РЯДодвой СввчЗЫО Приборы с зарядовой связью (ПЗС) представляют собой совокупность большого числа взаимодействующих между собой МДП-структур, посредством которых может происходить перенос зарядовых пакетов электронов от истока к стоку (рис. 5.19). Количество МДП-структур может достигать нескольких тысяч. Длина каждого затвора составляет около 10 мкм, а расстояние между затворами— около 2 мкм. Принцип действия ПЗС базируется на нестационарных процессах в МДП-структурах. В открытом состоянии режим работы транзистора характеризуется точкой В (см.
рис. 5.18, в). В момент г, напряжение генератора скачком изменяется от значения и, „, до и, „„и в течение интервала времени т, = г, — г, рабочая точка переходит из положения В в положение Ве При этом ток стока уменьшается до нуля. Длительность этого процесса определяется постоянной времени С,„,„,Я„.
В большинстве случаев это время пренебрежимо мало. В момент г, транзистор оказывается закрытым, и емкость С„начинает заряжаться от источника питания Е„„через резистор нагрузки Я„. Время заряда т, = Г, — г~ определяется соотношением 5.6. Приборы с зарядовой связью Рассмотрим процессы, происходящие под затвором изолированной от соседних областей МДП-структуры. Если в момент времени г, скачком изменить напряжение на затворе от и, „= 0 до и, „> и„,р, то под затвором в течение очень короткого промежутка времени (порядка времени диэлектрической релаксации) сформируется обедненный слой толщиной ь„из которого под действием поля затвора удалены дырки, ~тот, слвйявдяется, потеиця(альнай ямой для электронов. Глубина потенциальной ямы тем больше, чем больше и, „.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
