Характеристики полевого транзистора с управляющим переходом и его параметры

Управляющее действие затвора наглядно иллюстрируют управляющие (стокозатворные) характеристики, которые выражаются зависимостью =f () при  = const (рис. 7.3.). Однако эти характеристики неудобны для расчётов и на практике пользуются выходными характеристиками.

      На рис. 7.4 изображены выходные (стоковые) характеристики полевого транзистора =f () при  = const. Они показывают, что с увеличением напряжения ток стока сначала растёт довольно быстро, а затем это нарастание уменьшается и почти совсем прекращается, т.е. наступает явление, напоминающее насыщение. Это объясняется тем, что при увеличении напряжения ток должен возрастать, но так как одновременно возрастает обратное напряжение на p – n переходе, то запирающий слой расширяется, канал сужается, т.е. его сопротивление возрастает и за счёт этого ток стока должен уменьшиться. Таким образом,  имеют место два взаимно противоположных воздействия на ток, который в результате остаётся почти постоянным.

 

                        

Рис. 7.3. Управляющая характеристика полевого транзистора с p – n переходом.

               

Рис. 7.4. Выходные характеристики полевого транзистора с каналом n типа.

 

  При подаче большего по модулю значения отрицательного напряжения на затвор, ток стока уменьшается и характеристики проходят ниже.

  Повышение напряжения стока приводит к электрическому пробою   p – n перехода и ток стока начинает лавинообразно возрастать. Напряжение пробоя является одним из предельных параметров полевого транзистора.

  Работа полевого транзистора обычно происходит на пологих участках характеристики, т.е. в области, которую называют областью насыщения. Напряжение, при котором начинается эта область, называют напряжением насыщения, а запирающее напряжение затвора называют напряжением отсечки.

  Полевой транзистор с управляющим переходом характеризуется следующими параметрами:

1)   Крутизна S.

                             S = │при  = const                                      (7.1)

  Крутизна характеризует управляющее действие затвора и может достигать нескольких mA/B. Например, при S = 3 mA/B означает, что изменение напряжения затвора на 1 вольт создаёт изменение тока стока на 3 mA.

2)   Внутреннее (выходное) сопротивление .

                        =  │при  = const                                      (7.2)

  Этот параметр представляет собой сопротивление полевого транзистора между истоком и стоком (сопротивление канала) для переменного тока. На пологих участках выходных характеристик   достигает сотен кОм и оказывается во много раз больше сопротивления полевого транзистора постоянному току .

3)   Коэффициент усиления µ.

                         µ = ˗˗  │при  =  const                                     (7.3)

  µ показывает, во сколько раз сильнее действует на ток стока изменение напряжения затвора, нежели изменение напряжения стока.

  Формула выражает отношение таких изменений   и , которые компенсируют друг друга по действию на ток стока, в результате чего этот ток остаётся постоянным. Так как для подобной компенсации   и должны иметь разные знаки, то в правой части формулы стоит знак минус. µ связан с S и   зависимостью:

                                     µ =  S                                                               (7.4)

  Для пологих участков выходных характеристик µ достигает сотен – тысяч. В начальной области этих характеристик, когда они идут круто значение всех трёх параметров уменьшается.

4)   Входное сопротивление.

                         =  │при  = const                                       (7.5)

  достигает величины единиц – десятков Мом.

5)   Ёмкости полевого транзистора:

- входная ёмкость  – это ёмкость между затвором и истоком , которая является барьерной ёмкостью  p – n перехода и, величина которой составляет единицы – десятки πФ.

- проходная ёмкость – это ёмкость между затвором и стоком, величина которой меньше, чем входная ёмкость.

- ёмкость между истоком и стоком по величине является самой малой.

 

         3. Схемы включения полевого транзистора.

Полевой транзистор включается по одной из трёх основных схем.         Схема включения с общим истоком (ОИ) показана на рис. 7.1. Каскад ОИ даёт большое усиление по  току и мощности и переворачивает фазу напряжения при усилении. Так как , то коэффициент усиления каскада по напряжению подсчитывается по формуле:

                                         = S                                                          (7.6)

  Схема с общим затвором (ОЗ) не даёт усиления по току и поэтому усиление по мощности во много раз меньше, чем в схеме с ОИ. Входное сопротивление мало, так как входной ток является током стока. Фаза напряжения при усилении не переворачивается. Схема с общим затвором показана на рис. 7.5.

   Каскад по схеме с общим стоком (ОС) называют истоковым повторителем. близок к 1. Выходное напряжение по значению и фазе повторяет входное напряжение. В таких схемах значительно снижена   входная ёмкость, что повышает входное сопротивление на 

             

            Рис. 7.5. Схема включения полевого транзистора с ОЗ.

 

высоких частотах (ВЧ). Схема с общим стоком показана на рис. 7.6.

             

           Рис. 7.6. Схема включения полевого транзистора с ОС.

 

  Как правило, выпускаются кремневые полевые транзисторы. Их применяют потому, что ток затвора, т.е. обратный ток p – n перехода, получается во много раз меньше, чем у германиевых. При t = 20°C постоянный ток затвора может составлять примерно один наноампер (  А).