Материал: 832

50

каналом. Полупроводниковый канал может быть обеднен носителями заряда или обогащен ими. При обедненном канале электрическое поле затвора повышает его проводимость, поэтому канал называется индуцированным. Если канал обогащен носителями зарядов, то он называется встроенным. Электрическое поле затвора в этом случае приводит к обеднению канала носителями зарядов.

Проводимость канала может быть электронной или дырочной. Если канал имеет электронную проводимость, то он называется n-каналом. Каналы с дырочной проводимостью называются p-каналами. Таким образом, под общим понятием «полевой транзистор» скрываются шесть разных видов транзисторов: полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом с каналами n-типа и p-типа и четыре типа транзисторов с изолированным затвором – с каналами n-типа и p-типа, каждый из которых может иметь индуцированный или встроенный канал. Условные графические обозначения (УГО) этих типов транзисторов приведены на рис. 3.9.

СПолевой транзистор с изолированным затвором

Рис. 3.9 УГО полевых транзисторов

51

Графическое обозначение транзистора содержит максимальную информацию о его устройстве. Канал транзистора изображается вертикальной штриховой или сплошной линией. Штриховая линия обозначает индуцированный канал, а сплошная – встроенный. Исток и сток действуют как невыпрямляющие контакты, поэтому изображаются под прямым углом к каналу. Подложка изображается как электрод со стрелкой, направление которой указывает тип проводимости канала. Затвор изображается вертикальной линией, параллельной каналу. Вывод затвора обращен к электродуистока.

3.9Характеристики и малосигнальные параметры полевых транзисторов

Стандартный набор ВАХ полевых транзисторов отличается от набора ВАХ биполярных транзисторов прежде всего потому, что у полевых транзисторов отсутствуют входные токи, а значит, и входные характеристики. Обычно для полевых транзисторов приводят-

ся проходные (передаточные) характеристики – зависимость тока стока от напряжения между затвором и истоком при постоянном напряжении UСИ и семейство выходных характеристик – зависимость тока стока от напряжения между стоком и истоком при различных напряжениях между затвором и истоком.

На рис. 3.10 показаны передаточные характеристики транзисторов с каналом n-типа.

Рассмотрим некоторые особенности этих характеристик. Все характеристики полевых транзисторов с каналом n-типа расположены в верхней половине графика и, следовательно, имеют положительный ток стока IС, что соответствует положительному напряжению между стоком и истоком UСИ.

Характеристика полевого транзистора с управляющим p-n- переходом при нулевом напряжении на затворе имеет максимальное значение тока, которое называется начальным IСнач. При увеличении запирающего напряжения ток стока уменьшается и при напряжении отсечки Uотс становится близким к нулю. Проходные характеристики нелинейны и описываются выражением

52

Рис. 3.10 Передаточные характеристики полевыхтранзисторов

Характеристика полевого транзистора с индуцированным каналом при нулевом напряжении на затворе имеет нулевой ток. Появление тока стока в таких транзисторах происходит при напряжении на затворе больше порогового значения Uпор. Увеличение напряжения на затворе UЗИ Uпор приводит к увеличению тока стока.

Характеристика МОП-транзистора со встроенным каналом при нулевом напряжении на затворе имеет начальное значение тока IС0. Такие транзисторы могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения. При увеличении напряжения на затворе канал обогащается и ток стока растет, а при уменьшении напряжения на затворе канал обедняется и ток стока снижается.

Характеристики транзисторов с каналом p-типа имеют такой же вид. Различие лишь в полярности напряжений, прикладываемых к затвору и стоку. Для n-канала напряжения положительные, для p-канала – отрицательные.

Выходные характеристики рассмотрим на примере полевого транзистора с управляющим p-n-переходом с каналом n-типа (рис. 3.11). На ВАХ можно выделить две области:

линейную UСИ Uотс– UЗИ и насыщения UСИ Uотс– UЗИ . В линейной области ВАХ вплоть до точки перегиба представляют собой прямые линии, наклон которых зависит от на-

пряжения на затворе.

Рис. 3.11 Выходные ВАХ полевого транзистора

суправляющим p-n-переходом с каналом n-типа

Вобласти насыщения ВАХ идут практически горизонтально, что позволяет говорить о независимости тока стока от напряжения на стоке.

Резкое различие ВАХ в различных областях определяет и двоякое применение полевых транзисторов. В линейной области полевой транзистор используется как сопротивление, управляемое напряжением на затворе. При UЗИ = 0 сопротивление промежутка сток-исток минимально. Для мощных МОП-транзисторов это сопротивление может быть очень малым (единицы – доли ома). При UЗИ = Uотс сопротивление канала сток-исток стремится

кбесконечности.

Вусилительном режиме полевой транзистор работает при небольшом отрицательном смещении на затворе относительно истока. Используется пологая область характеристик, на которой

ток стока почти не меняется при изменении напряжения UСИ. Рабочая точка А, соответствующая исходному режиму тран-

зистора до подачи на затвор управляющего сигнала, характеризуется тремя координатами:

A(IС=I0, UСИ=U0, UЗИ=UЗИо).

Малые приращения тока стока в окрестности рабочей точки определим как полный дифференциал функции двух переменных

IС=f (UСИ, UЗИ):

54

Приращения переменных в дальнейшем будем обозначать малыми (строчными) буквами, подразумевая под ними переменные составляющие токов и напряжений в выбранной рабочей точке. Частные производные характеризуют малосигнальные параметры усилительных элементов.

С учетом этих замечаний выражение (3.13) можно переписать в виде

Знак «минус» учитывает то, что с ростом тока стока напряжение UСИ всегда уменьшается и приращения iс и uСИ противофазны.

Записав выражение (3.14) относительно uСИ, получим

ния по напряжению.

3.10Эквивалентные схемы замещения полевых транзисторов

Соотношениям (3.14) и (3.15) соответствуют эквивалентные схемы выходной цепи транзистора в виде генератора тока (рис. 3.12, а) и генератора напряжения (рис. 3.12, б). На высоких частотах в эквивалентной схеме полевого транзистора учитывают межэлектродные емкости СЗИ, СЗС, ССИ (показаны пунктиром на рис. 3.12, а). Крутизна характеристики – величина непостоянная. С ростом отрицательного смещения на затворе полевого транзи-