4 Розрахунок параметрів і характеристик польового транзистора з керуючим p-n-переходом

Початкові дані для розрахунку польового транзистора з керуючим p-n-переходом (ПТКП) представлені в таблиці 4.1, а графічні пояснення до них – на рисунку 4.1. Пояснення скорочень:

L_k, Z_k, d_k – довжина, ширина і товщина каналу відповідно, см;

L_в, L_c – відстань між областями витік-затвор і стік-затвор, см;

h_з – глибина залягання області затвора, см;

N_ak – концентрація акцепторної домішки в каналі, см^-3;

N_дп, N_дз – концентрація донорної домішки відповідно в підкладці і затворі, см^-3;

R_т – тепловий опір корпусу транзистора, К/Вт.

Таблиця 4.1 Початкові дані

Z k , см	dk , см	Lk , см	Lв , см	Lc , см	hз , см	Nak , см^-3	Nдз , см^-3	Rт , К/Вт
0.4	410^-4	1110^-4	1110^-4	1110^-4	510^-4	10^15	210^17	40

Важливо! Слід звернути увагу, що перед початком розрахунку одиниці довжини необхідно перевести в сантиметри, а одиниці часу — в секунди.

Окрім початкових даних в розрахунку присутні постійні, вказані в розділі 2.

Порядок розрахунку параметрів і характеристик польового транзистора наведено нижче.

1) Контактна різниця потенціалів:

2) Напруга перекриття (відсічки) визначається з умови рівності товщини каналу d_k і ширини збідненого прошарку:

Звідки

3) По графічних залежностях рухливості носіїв заряду від концентрації домішки (додаток Б) при відомій концентрації акцепторної домішки в каналі транзистора N_ak визначаємо рухливість основних (дірок, оскільки канал р-типу) носіїв заряду по залежності :

4) Тоді питомий опір каналу:

.

5) Мінімальний опір каналу визначається без урахування збідненого прошарку, що розповсюджується з боку переходу «канал – підкладка»:

6) Задаючи напругу «затвор-витік» U_ЗВ від 0 до U_{ЗВ ВІДС} (не менше 7 значень), визначимо залежність опору каналу від напруги на затворі згідно з виразом:

Результати розрахунку приведені в таблиці 4.2, а побудована по ним залежність - на рисунку 4.2.

Таблиця 4.2 Залежність

UЗВ, В	0	0.23	0.46	0.69	0.92	1.15	1.38	1.61	1.84	2.07	2.3
R, Ом	95.56	132	156.8	183.2	213.5	249.8	295.3	354.7	436.5	557	753.9

7) Струм, що протікає через канал при нульовій напрузі на затворі, обмежений величиною, яку називають струмом насичення стоку I_{C НАС} і визначають відповідно до виразу:

8) Крутизна ПТКП є величиною, зворотньою мінімальному опору каналу, і характеризує відношення малих приростів струму стоку і напруги на затворі:

9) Паразитні об'ємні опори R_В, R_C кінців каналу між його активною областю і областями витоку і стоку можна оцінити за наступною формулою:

10) Опір R_В приводить до виникнення негативного зворотного зв'язку між виводами затвора і витоку і, відповідно, до зменшення ефективної крутизни приладу:

11) Граничну робочу напругу ПТКП визначають напругою лавинного пробою переходу «затвор – канал»:

12) Ширина збідненого прошарку в каналі за відсутності напруги на затворі:

13) Величини бар'єрних ємностей переходів «затвор–витік» С_ЗВ і «затвор–стік» С_ЗС можуть бути визначені за допомогою виразу для ємності p-n-переходу:

14) Частотні властивості польового транзистора характеризуються граничною частотою роботи:

16) Максимальна потужність, що виділяється в каналі при протіканні по ньому струму, визначається зовнішньою температурою корпусу і його тепловим опором:

17) Аналітичні вирази для сімейства стокових (вихідних) характеристик польового транзистора [2]:

-для крутої ділянки ВАХ

(4.1)

-режим насичення для заданого значення напруги наступає за умови

. (4.2)

У режимі насичення струм стоку дорівнює постійному значенню (при заданому значенні напруги «затвор-витік») і може бути визначений шляхом підстановки виразу (4.2) в (4.1):

(4.3)

Для побудови сімейства стокових характеристик виконується наступна послідовність дій:

-задаються значення напруги U_ЗВ від 0 до (не менше ніж 5 значень);

-для кожного значення U_ЗВ, у свою чергу:

--визначається напруга насичення згідно з виразом (4.2);

--задаючи від 0 до (не менше ніж 5 значень), визначаються відповідні значення струмів стоку для побудови крутої ділянки характеристики згідно з (4.1);

--для побудови ділянки насичення задається декілька значень напруги , для яких значення струму набуває постійного значення і визначається згідно з виразом (4.3).

Результати розрахунків, проведених відповідно до наведеного алгоритму, приведені в таблиці 4.3. Відповідне сімейство вихідних характеристик приведене на рисунку 4.3.

Таблиця 4.3 Результати розрахунку стокових характеристик

UЗВ = 0 В, UСВ НАС = 2.3 В
UСВ, В	0	0.46	0.92	1.38	1.84	2.3	3.3	4.3	5.3	6.3
IС , мA	0	3.38	5.56	6.98	7.77	8.02	8.02	8.02	8.02	8.02
UЗВ = 0.5 В, UСВ НАС = 1.8 В
UСВ, В	0	0.36	0.72	1.08	1.44	1.8	2.8	3.8	4.8	5.8
IС , мA	0	1.72	2.96	3.79	4.26	4.41	4.41	4.41	4.41	4.41
UЗВ = 1 В, UСВ НАС = 1.3 В
UСВ, В	0	0.26	0.52	0.78	1.04	1.3	2.3	3.3	4.3	5.3
IС , мA	0	0.8	1.47	1.83	2.07	2.15	2.15	2.15	2.15	2.15
UЗВ = 1.5 В, UСВ НАС = 0.8 В
UСВ, В	0	0.16	0.32	0.48	0.64	0.8	1.8	2.8	3.8	4.8
IС , мA	0	0.28	0.5	0.65	0.74	0.77	0.77	0.77	0.77	0.77
UЗВ = 2 В, UСВ НАС = 0.3 В
UСВ, В	0	0.06	0.12	0.18	0.24	0.3	1.3	2.3	3.3	4.3
IС , мA	0	0.037	0.066	0.087	0.099	0.1	0.1	0.1	0.1	0.1

1 8) Аналітичний вираз для стокозатворної характеристики може бути отримано з (4.1) шляхом виразу напруги стік-витік U_СВ через напругу на затворі згідно з виразом (4.2):

(4.4)

Результати розрахунку виразу (4.4) при задаванні U_ЗВ від 0 до (не менше ніж 5 значень) приведені в таблиці 4.4, а відповідна цим значенням залежність показана на рисунку 4.4.

Таблиця 4.4 Залежність

UЗВ, В	0	0.46	0.919	1.379	1.838	2.298
IC, мA	8.015	4.64	2.452	1.038	0.249	0