2.2.2. Справочные данные и расчет параметров математической модели полевого транзистора

Для расчета параметров математической модели полевого транзистора используются следующие справочные данные:

1. Напряжение отсечки U_зо;

2. Крутизна характеристики транзистора S;

3. Проходная емкость C_зс;

4. Входная емкость С_зи;

5. Выходное сопротивление при заданном токе стока R_вых.(I_c).

Рассчитываются следующие параметры полевого транзистора:

1. Коэффициент передачи ВЕТА

,

где S – крутизна характеристики транзистора при нулевом напряжении между затвором и истоком;

Uзо - напряжение отсечки.

2. Коэффициент модуляции длины канала.

Ток стока в режиме насыщения выражается соотношением (2.12)

I_c=BETA(1+LAMBDA·U_си)(U_зо- U_зи)².

Продифференцировав это выражение по напряжению Uси, находим выходную проводимость

, откуда

.

3. Напряжение отсечки VTO определяется непосредственно из справочных данных

VTO =Uзо.

4. Емкости затвор – сток CGD и затвор – исток CGS также определяются непосредственно из справочных данных

СGD=C_зс ; CGS=C_зи

.

3. Физические принципы работы полевого транзистора с изолированным затвором

Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) подразделяются на две группы:

• транзисторы со встроенным каналом;

• транзисторы с наведенным (индуцированным) каналом.

Транзисторы со встроенным каналом схематически можно представить на рис. 2.10.

Рис.2.10. Схематическое изображение полевого транзистора

с изолированным затвором

Принцип действия полевого транзистора с изолированным затвором основан на эффекте изменения концентрации подвижных носителей заряда в поверхностном слое полупроводника под действием внешнего электрического поля, созданного напряжением, приложенным к металлическому электроду, который отделен от поверхности полупроводника слоем изолятора.

В МОП – транзисторе с встроенным каналом между истоком и стоком создан тонкий поверхностный канал, тип проводимости которого совпадает с типом проводимости областей истока и стока. При подключении источника питания между стоком и истоком через канал протекает ток стока даже при нулевом смещении на затворе. При подаче на затвор отрицательного относительно истока смещения в канале возрастает концентрация подвижных носителей заряда, повышается удельная электропроводность канала и увеличивается ток стока. Такой режим работы МОП-транзистора называют режимом обогащения. Подача на затвор положительного относительно истока смещения приводит к уменьшению концентрации подвижных носителей заряда в канале и, следовательно, к уменьшению тока стока. Такой режим называют режимом обеднения.

В МОП-транзисторе с индуцированным каналом при нулевой разности потенциалов исток – затвор отсутствует поверхностный слой, тип проводимости которого совпадает с типом проводимости областей истока и стока. При этом МОП-транзистор представляет собой два диода, включенные навстречу друг другу, а ток стока практически отсутствует. Если увеличить отрицательное напряжение затвора относительно истока, то при некоторой величине смещения Uзо на поверхности полупроводника возникает инверсный слой с электропроводностью типа Р. Исток и сток окажутся соединенными тонким токопроводящим слоем и между ними потечет ток.

Напряжение на затворе Uзо, при котором появляется ток стока, называют пороговым напряжением. МОП-транзистор с индуцированным каналом работает только в режиме обогащения.

Семейства стоко-затворных характеристик для обоих видов транзисторов приведены на рис.2.11 а, б.

а) б)

Рис.2.11. Статические характеристики полевых транзисторов