Частотные свойства полевых транзисторов

В этой схеме С_ЗК – емкость между затвором и каналом, на заряжении которого основан сам принцип действия транзисторов, r’_K - распределенное сопротивление канала. Остальные емкости в схеме - емкость между затвором и истоком С_ЗИ, между затвором и стоком С_ЗC; стоком и подложкой С_CП. – являются паразитными. В ПТ емкости С_ЗИ, С_ЗС обусловлены боковой поверхностью затвора, в МДП-транзисторах – частичным перекрытием затвором областей стока и истока, в ПТ с затвором Шоттки эти емкости отсутствуют. R_i - выходное дифференциальное сопротивление.

Генератор тока в выходной цепи управляется напряжением с крутизной , зависящей от частоты. Сопротивление канала и ток стока не могут измениться, пока не зарядится емкость С_ЗК. Можно считать также, что генератор управляется напряжением на этой емкости с коэффициентом S₀, не зависящим от частоты. В этом случае эквивалентную схему называют физической, ее элементы не зависят от частоты. Емкость С_ЗК заряжается с постоянной времени t_S, которая и является постоянной времени крутизны:

t_S= r’_K С_ЗК (70)

Соответственно, частотная зависимость крутизны определяется выражением

, (71)

где S₀ – статическая крутизна;

, - граничная частота крутизны, на которой .

Постоянная времени крутизны квадратично зависит от длины канала и не зависит от его ширины.

Для ПТ с p-n- затвором:

, для МДП - .

Для транзисторов с n –каналом m= 1400 см²¤ (В×с), m_s= 500 см²¤ (В×с).

При одинаковой длине канала L= 10 мкм, полагая U_ОТС= 2 В, U_ЗИ – U_ПОР= 4 В, получаем t_S одного порядка величины для обоих видов транзисторов (0,7 и 0,5 нс), которой соответствует граничная частота f_S=w_S ¤ (2p)» 300 МГц. Современная технология позволяет изготовлять МДП-транзисторы с L<1мкм и f_S>15ГГц, что не удается реализовать в ПТ с p-n- затвором.

Постоянная времени крутизны t_S определяет предельное быстродействие транзистора. В реальных схемах быстродействие часто ограничивается паразитными емкостями, которые определяют входную t_вх и выходную t_вых постоянные времени:

t_вх=R_ист.с×C_вх, t_вых=R_С×C_вых,

где R_ист.с – сопротивление источника входного сигнала;

C_вх и C_вых – входная и выходная емкость;

C_вых = C_СП + C_Н, C_Н – емкость нагрузки;

R_С – сопротивление нагрузки.

Проходная емкость C_ЗС сильно влияет на частотные свойства, образуя цепь обратной связи. Ток, протекающий через эту емкость

,

где K_U – коэффициент усиления по напряжению.

Таким образом C_ЗС дает вклад во входную емкость с коэффициентом 1+K_U (эффект Миллера):

C_вх = С_ЗК+ C_ЗИ +(1+ K_U:) C_ЗС (72)

Ток, протекающий через емкость С_ЗС, создает на сопротивлении R_ист.с дополнительное напряжение , пропорциональное выходному напряжению. При определенном характере нагрузки оно совпадает по фазе с входным напряжением, что может привести к самовозбуждению усилителя.