Принцип работы транзистора. Конструкция и обозначения транзисторов, страница 2

Нелинейная динамическая модель. Динамическая модель для большого сигнала в случае n-канального ПТ показана на рис. 6,а.

Рис. 6. Нелинейная динамическая модель

От статической модели она отличается конденсаторами С_из и С_сз, учитывающими барьерные емкости переходов (диодовD_из и D_сз), имеющих обратное включение. Значения емкостей определяются мгновенным значением напряжения на переходах (диодах). Последовательно с конденсаторами С_из и С_сзвключены резисторы  и . Дело в том, что реально цепь затвора и канала представляет собой распределенную RС-цепь из емкости затвора на канал и сопротивления канала. Для упрощения распределенную цепь заменяют двумя простыми цепями с фиксированными параметрами: одна состоит из последовательно соединенных емкости Сиз, называемой емкостью затвор - исток, и резистора , а вторая - из емкости С_сз (емкость затвор - сток) и резистора . Сумма С_из + С_сз равна полной емкости затвора относительно канала. Значения  и  приближенно связываются с полным сопротивлением канала  или находятся экспериментально. В рабочих режимах эти сопротивления составляют единицы - десятки ом.

Ток генератора  в статической и нелинейной динамической моделях достаточно сложно зависит от напряжений U_зи и U_си. Однако ток  можно представить как сумму двух встречных токов  и  (рис. 6,б), каждый из которых определяется только одним напряжением.

, (1)

где

; (2)

. (3)

При записи  использовано равенство . В общем случае зависимости (2) и (3) могут отличаться от квадратичных:

; (4)

; (5)

Показатель степени можно найти путем измерений.

Малосигнальная модель. Эта схема для канала n-типа показана на рис. 7.

Рис. 7.

Она легко получается из нелинейной модели для большого сигнала. При малом сигнале диоды заменяются дифференциальными сопротивлениями  и . При обратном напряжении на диодах эти сопротивления очень велики. Значения емкостей С_сз и С_из в этой схеме постоянны и определяются выбранными рабочими напряжениями U_зи и U_си. Зависимый генератор в случае малой амплитуды переменного тока можно представить как

, (6)

где  - комплексная (частото-зависимая) крутизна.

Объясним комплексный характер крутизны. Дело в том, что не весь входной сигнал  участвует в управлении током канала. Управление осуществляется напряжением , имеющимся на емкости С_зи, т.е. между затвором и каналом. При этом

. (7)

Если пренебречь шунтирующим действием большого сопротивления  (), то

. (8)

Поэтому на схеме для тока генератора нужно было бы записать выражение

. (9)

Применив здесь статическую крутизну транзистора или крутизну при низких частотах () и подставив в (9) выражение для  из (8), получим

, (10)

т.е. выражение (6), где

. (11)

Модуль крутизны

, (12)

где характеристическая частота

 (13)

называется предельной частотой полевого транзистора. Очевидно, что при  модуль уменьшается в  раз от значения S.

Расчет показывает, что постоянная времени (Rи+Rк)Сзи приблизительно равна времени пролета носителей  в канале. Поэтому если Rк > Rи. то вместо(13) можно записать

. (14)

Величина  может быть выражена через электрофизические параметры и напряжения:

. (15)

Поэтому предельная частота  тем выше, чем меньше длина канала L, больше подвижность носителей в канапе и выше напряжение между стоком и истоком.

При малых полях m является постоянной величиной, при больших полях скорость  стремится к скорости насыщения, ограничивая время пролета значением

. (16)

Проведенные рассмотрения справедливы и для ПТ с управляющим переходом типа металл - полупроводник. При использовании в нем арсенида галлия возрастает вследствие большей подвижности электронов по сравнению с кремнием.