Вольт-амперные характеристики полевых транзисторов

Полевые транзисторы описываются двумя ВАХ: стоковой - I_C = f(U_СИ) при U_ЗИ = const стокозатворной - I_C = f₁(U_СИ) при U_СИ = const. Полярность включения напряжения стока, стоковая и стокозатворная ВАХ полевого транзистора с управляющим р-n -переходом и каналом n -типа показаны на рисунке 3.1,а,б,в соответственно.

На рисунке 3.2,а,б,в приведены полярность 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 индуцированным каналом n -типа изображены на рисунке 3.2,а,6,в соответственно.

Рисунок 3.1

Рисунок 3.2

Рисунок 3.3

На характеристиках отчетливо видны две области работы полевых транзисторов:

область I - область нарастания тока стока при увеличении напряжения (омическая область);

область II - область активной работы транзистора на пологом участке стоковой ВАХ. При работе в этой области канал открыт и стоковое напряжение U_СИ превышает по абсолютному значению напряжение перекрытия канала. Ток стока практически не зависит от напряжения U_СИ.

Отсечка тока стока наблюдается в том случае, когда напряжение на затворе по абсолютному значению превышает напряжение отсечки U_ЗИотс (для транзисторов с управляющим р-п -переходом и со встроенным каналом) или пороговое напряжение U_ЗИпор (для транзисторов с индуцированным каналом).

Для полевого транзистора с управляющим р-n -переходом, работающего в омической области, т. е. при напряжении

,

стоковая характеристика описывается уравнением

,

где I_Cнас0 - ток насыщения стока при U_ЗИ = 0.

При напряжении , ток стока I_C достигает максимального значения.

В пологой части характеристики, когда , ток стока определяется выражением

.

Стокозатворная характеристика на пологом участке также описывается последним уравнением.

3.1.2 Параметры полевых транзисторов. Одним из основных параметров полевого транзистора, характеризующего его усилительные свойства, является крутизна стокозатворной характе­ристики:

.

Она определяет влияние изменения напряжения на затворе на изменение тока стока. Числовое значение крутизны зависит от напряжения на затворе. С увеличением U_ЗИ ток стока и крутизна' уменьшаются. Для пологой части стоковой характеристики крутизну определяют из соотношения

,

где S_max, = 1 / R_K0 - максимальная крутизна при U_ЗИ = 0;

R_K0 - минимальное сопротивление канала при U_ЗИ = 0.

К параметрам полевых транзисторов также относится внутреннее сопротивление транзистора, определяемое как отношение изменения напряжения стока к соответствующему изменению тока стока при постоянном напряжении на других электродах:

.

Коэффициент усиления транзистора m определяется отношением приращений напряжения стока и затвора при холостом ходе на стоке:

.

Параметры S_i, R_i и m связаны между собой соотношением

.

Цепь затвора характеризуют входным сопротивлением транзистора

.

В качестве параметров полевых транзисторов указывают следующие:

- напряжение отсечки U_отс;

- ток насыщения стока I_Cнас0 при короткозамкнутых истоке и затворе (U_ЗИ = 0);

- емкость сток - затвор С_ЗС;

- емкость затвор - исток С_ЗИ;

- емкость сток - исток С_СИ;

- емкость подложка - исток С_ПИ;

- граничная частота f_Р = 1 / 2×p×t, где t - постоянная времени цепи затвора.

Подобно биполярным транзисторам, полевые транзисторы используют в трех основных схемах включения: с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и 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 K_U» S×R_H.

Схема ОС подобна эмиттерному повторителю и называется истоковым повторителем. Коэффициент усиления каскада по напряжению близок к единице. Усилитель по схеме ОС имеет сравнительно небольшое выходное сопротивление и большое входное сопротивление. Кроме того, здесь значительно уменьшена входная емкость, что способствует увеличению 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 сопротивление, так как входным током является ток стока. Фаза напряжения при усилении не инвертируется.