Частотные свойства полевых транзисторов

Эквивалентная схема ПТ

Полевые транзисторы, по существу, являются приборами с распределенными параметрами. На практике используют упрощенные модели, напоминающие модели электронных ламп. Упрощенная эквивалентная схема ПТ на основе физической модели, которая определяется его структурой, представлена на рисунке 4.7. Здесь: r_С и r_И – неизменные сопротивления между каналом и выводами транзистора (называемые немодулированными сопротивлениями стока и истока); управляемое сопротивление канала r_i и генератор тока S ∙ U_ЗИ, создающий ток стока, зависят от входного напряжения U_ЗИ. Сопротивление канала r_i сравнительно велико, а немодулированные сопротивления r_С и r_И на два-три порядка меньше, чем r_i. Строго говоря, эти два сопротивления включены последовательно с сопротивлением канала, учитывая, что r_i ≫ r_С + r_И для упрощения анализа целесообразно r_С исключить, а r_i соединить непосредственно со стоком. Сопротивление r_И следует учитывать, т.к. оно существенно влияет на параметры транзистора.

Междуэлектродные емкости: входная затвор-исток С_ЗИ, проходная за­твор-сток С_ЗС и выходная сток-исток С_СИ.

Анализ показывает, что по частотным свойствам полевой транзистор не имеет особых преимуществ перед биполяр­ным. Практически были осуществлены полевые транзисторы с максимальной частотой генерации до 30 ГГц. Но с точки зрения бы­стродействия полевой транзистор превосходит биполярный, так как работает на основных носителях заряда при отсутствии их нако­пления.

На частотные свойства полевых транзисторов оказывают влияние:

- конечность времени пролета носителей от истока до стока;

- межэлектродные емкости структуры.

Конечность времени пролета носителей t_ПР отражается комплексной крутизной

(4.6)

Здесь S₀ - значение крутизны при ω → 0.

Модуль крутизны равен:

. (4.7)

При ω = ω_S крутизна уменьшается в раз, частоту ω_S называют предельной частотой крутизны.

Частота ω_S связана с временем пролета t_ПР соотношением

ω_S=1/ t_ПР.

Для выяснения частотной зависимости параметров транзистора от межэлектродных емкостей необходимо воспользоваться эквивалентной схемой (рисунок 4.7).

Из эквивалентной схемы следует, что к емкости затвор-сток приложена сумма двух напряжений: входного и выходного. Причем выходное напряжение . Входной ток транзистора разветвляется на две ветви: часть тока течет через входную емкость С_ЗИ, часть через емкость С_ЗС. Тогда входной ток будет равен

где . (4.8)

Отсюда следует, что наличие проходной емкости С_ЗС увеличивает входную емкость транзистора, что ведет к снижению граничной частоты, поскольку емкость С_Э, определяющая граничную частоту, включает в себя и входную емкость транзистора, шунтирующую резистор нагрузки R_Н.

Ток затвора I_З во входной цепи полевого транзистора с управляющим p-n переходом является обратным током, который созда­ется неосновными носителями через p-n переход, чрезвычайна мал (порядка 10^-9 А и менее). Поэтому входное сопротивление по­левого транзистора R_ВХ=DU_З/DI_З очень высокое (порядка несколь­ких мегомов), входная же емкость мала, так как переход нахо­дится под обратным напряжением. Этими качествами полевой транзистор выгодно отличается от биполярных транзисторов с дву­мя p-n переходами

Входное сопротивление МДП-транзистора из-за нали­чия изолятора между затвором и каналом составляет около 10¹² - 10¹⁴ Ом и уменьшается с ростом частоты вследствие шунтирования входной емко­стью транзистора. Выходное сопротивление находится в пределах десятков - сотен килоомов. Входная и выходная емкости составляют единицы пикофарад, а проходная емкость -десятые доли пикофарад.

.

Дата добавления: 2014-01-11