- •Физические основы электроники
- •200 800, 200 900, 201 000, 201 100, 201 200, 201 400
- •Содержание
- •Введение
- •1 Основы теории электропроводности полупроводников
- •1.1 Общие сведения о полупроводниках
- •1.1.1 Полупроводники с собственной электропроводностью
- •1.1.2 Полупроводники с электронной электропроводностью
- •1.1.3 Полупроводники с дырочной электропроводностью
- •1.2 Токи в полупроводниках
- •1.2.1 Дрейфовый ток
- •1.2.2 Диффузионный ток
- •1.3 Контактные явления
- •1.3.2 Прямое включение p-n перехода
- •1.3.3 Обратное включение р-п-перехода
- •1.3.4 Теоретическая вольтамперная характеристика p-n перехода
- •1.3.5 Реальная вольтамперная характеристика p-n перехода
- •1.3.6 Емкости p-n перехода
- •1.4 Разновидности электрических переходов
- •1.4.1 Гетеропереходы
- •1.4.2 Контакт между полупроводниками одного типа электропроводности
- •1.4.3 Контакт металла с полупроводником
- •1.4.4 Омические контакты
- •1.4.5 Явления на поверхности полупроводника
- •2 Полупроводниковые диоды
- •2.1 Классификация
- •2.2 Выпрямительные диоды
- •2.2 Универсальные и импульсные диоды
- •2.3 Стабилитроны и стабисторы
- •2.4 Варикапы
- •3 Биполярные транзисторы
- •3.1 Общие сведения
- •3.2. Принцип действия биполярного транзистора
- •3.3. Токи в транзисторе
- •3.4. Статические характеристики биполярных транзисторов
- •3.5. Дифференциальные параметры биполярного транзистора
- •3.6 Модели бт
- •3.7. Эксплуатационные параметры транзисторов
- •3.8 Частотные свойства биполярных транзисторов
- •4 Полевые транзисторы
- •4.2 Полевой транзистор с изолированным затвором
- •4.3. Дифференциальные параметры полевого транзистора
- •4.4 Эквивалентная схема пт
- •4.5 Частотные свойства полевых транзисторов
- •3.10 Работа транзистора в усилительном режиме
- •3.11 Работа транзистора в режиме усиления импульсов малой амплитуды
- •3.12 Работа транзистора в режиме переключения
- •3.13 Переходные процессы при переключении транзистора
- •Литература
- •Физические основы электроники
4.3. Дифференциальные параметры полевого транзистора
Поскольку ПТ, как и электронная лампа, является прибором, управляемым напряжением, то рационально использовать систему уравнений с y-параметрами. Токи в этой системе считают функциями напряжений:
I1 = f(U1, U2); I2 = f(U1, U2). (4.4)
Тогда выражения для полных дифференциалов токов стока и затвора можно представить в виде:
(4.5)
В этих выражениях частные производные, определяющие приращения токов при изменении соответствующих напряжений, можно рассматривать как дифференциальные параметры транзистора, имеющие размерность проводимости.
- входная проводимость,
- проводимость обратной передачи,
- проводимость прямой передачи,
- выходная проводимость.
Заметим, что y-параметры определяются в режиме короткого замыкания для переменной составляющей тока на входе (y22 и y12) и на выходе (y21 и y11). Это трудно обеспечить на низких частотах и легко – на высоких.
В полевых транзисторах, включенных по схеме с общим истоком, U1 =UЗИ – это напряжение затвор-исток,I1 =IЗ – ток затвора,U2=UСИ – напряжение сток-исток, токI2 =IС – ток стока.
Как было сказано выше, входной ток очень мал и поэтому входная проводимость у11 так же очень мала.
Проводимостью обратной передачи у12 на низких частотах так же можно пренебречь.
Проводимость прямой передачи у21 называетсякрутизнаи для транзистора, включенного по схеме с общим истоком, определяется как
Она характеризует управляющее действие затвора и измеряется в [мА/В]. Определяется по характеристикам заменяя бесконечно малые приращения конечными, то есть . Подробнее в [4].
Для получения высокой крутизны необходимо иметь канал с малой длиной и большой шириной. Увеличивать толщину канала и уменьшать удельное сопротивление нецелесообразно, так как это ведет к увеличению отрицательного порогового напряжения. Практически, длина канала составляет несколько микрометров, а его ширина может достигать тысячи микрометров.
Выходная проводимость
параметр характеризует влияние напряжения стока на ток стока. Ее определяют по выходным характеристикам заменяя бесконечно малые приращения конечными, то есть
.
Величина выходной проводимости очень мала и обусловлена изменением длины канала при изменении напряжения стока. Чем короче канал, тем больше относительное изменение его длины при одном и том же приращении UСИследовательно, тем больше проводимостьу22. Часто вместо параметрау22применяют обратную величинуRi = 1/у22.Этот параметр называется внутренним сопротивлением транзистора.
Помимо рассмотренных параметров используют параметр, характеризующий сравнительное воздействие напряжений стока и затвора на ток стока. Этот параметр называется коэффициентом усиления μ. Он равен отношению приращений напряжений стока и затвора, вызывающих одинаковые по величине и противоположные по знаку приращения тока стока:
.
Знак «минус» в этой формуле учитывает, что положительному приращению dUСИувеличивающему ток на величинуdIСсоответствует отрицательное приращениеdUЗИуменьшающее ток на ту же самую величинуdIС, благодаря чему обеспечивается постоянство токаIС.
Параметр μопределяется через параметрыSиRi. следующим образом:
μ=S∙Ri.
Полученное соотношение связывает между собой дифференциальные параметры полевого транзистора.
Так же как и в полевом транзисторе с р-n-переходом, дифференциальными параметрами МДП-транзистора являются крутизнаS, внутренняя проводимость у22, и коэффициент усиленияμ. Способ определения их по характеристикам такой же как и для полевых транзисторов с управляющимр-n-переходом.
Для повышения крутизны надо снижать пороговое напряжение и уменьшать длину канала и толщину подзатворного диэлектрика, а также увеличивать ширину канала. Практически длина канала составляет от 1 до 10 мкм, толщина диэлектрика 0,1 мкм.
Важным параметром при работе полевых транзисторов в усилительном режиме является величина выходной проводимости. Желательно, чтобы она была небольшой.
Проводимость прямой передачи численно равна крутизне. Выбирая ПТ с высокой крутизной в рабочей точке, добиваются больших значений коэффициента усиления по напряжению.