Полевые транзисторы. Состояние ЭЭС характеризуется параметрами режима и параметрами ЭЭС. Условные графические изображения полевых транзисторов с p-n переходом и каналами n- и p-типа с указанием полярности рабочих напряжений и положительных направлений токов, страница 2

Зависимости между токами и напряжениями, приложенными к электродам полевых транзисторов с управляющим p-n переходом, описываются семействами вольтамперных характеристик. Статические стоковые характеристики представляют собой зависимости тока от напряжения сток-исток при постоянном напряжении на затворе:

I_c=f(U_си)|_Uзи=const

Рис.3. Стоковые характеристики

При напряжениях на затворе, превышающих напряжение отсечки, канал перекрыт, и ток через транзистор практически отсутствует. При  U_зи=0 начальная ширина канала у истока максимальна, через транзистор протекает ток, зависящий от напряжения U_си. При малых напряжениях U_си ток стока возрастает почти пропорционально напряжению U_си (участок 1). Когда напряжение U_си достигнет значения |U_{зи отс}|, канал у стока перекрывается, сопротивление канала увеличивается, происходит замедление роста тока I_с – участок 2. Важным параметром ВАХ является начальный ток стока I_{c нач} – ток стока при U_зи=0, U_си≥|U_{зи отс}|. Если U_{зи отс}<U_зи<0 (для транзистора с каналом n-типа), то исходная ширина канала уменьшается по сравнению со случаем U_зи=0, ток стока нарастает медленнее, а перекрытие канала и переход из области 1 линейного нарастания тока в область ограничения тока 2 происходит при меньших напряжениях U_си=|U_{зи отс}-U_зи|.

В пологой части ВАХ при увеличении U_си ток стока несколько возрастает, так как сопротивление перекрытого канала возрастает медленнее, чем напряжение U_си (примерно пропорционально ). При дальнейшем увеличении U_си возможен электрический пробой p-n перехода у стока. Напряжение на p-n переходе складывается из напряжений |U_зи| и U_си, поэтому пробой наступает раньше при больших напряжениях |U_зи|.

На участке 1, когда U_си<|U_зиотс-U_зи|, стоковые характеристики описываются уравнением

                                         (4)

и на начальном участке при малых U_си<<U_{зи отс}

                                                                      (5)

Начальное сопротивление канала, характеризующее наклон крутых участков ВАХ, из последней формулы определяется выражением

                                                         или

                                                                      (6)

На пологом участке 2 ВАХ ток стока слабо зависит от напряжения U_си и может быть найден по формуле

                                                                            (7)

Характеристика прямой передачи – стокзатворная – описывает зависимость тока стока от напряжения на затворе при постоянном напряжении на стоке:

Рис.4. Стокзатворная характеристика полевого транзистора с каналом

n-типа

При отрицательных напряжениях U_зи, превышающих по модулю U_{зи отс},   ток отсутствует. При положительных U_зи ток стока возрастает, но такой режим на практике не применяется из-за отпирания p-n переходов. Аналитическое выражение стокзатворной ВАХ соответствует формуле (7). 

Если продифференцировать выражение (7), то получим

                                                                  (8)

Касательная, проведённая к стокзатворной характеристике в точке [U_зи=0;I_c=I_cнач], отсекает на оси абсцисс отрезок длинной  U_зиотс/2.

Важнейшим усилительным параметром полевого транзистора является крутизна стокзатворной характеристики:

                                                                      (9)

Из рисунка 4 видно, что максимальная крутизна соответствует U_зи=0 и уменьшается с ростом (по модулю) U_зи.

В соответствии с формулой (7): 

                                                                 (10)

Если определить минимальное сопротивление канала R_си0 по формуле (6), приняв U_зи=0

                                                                                              (11)

то из формул (10) – (11) получим соотношение

                                                                                                (12)

Для увеличения крутизны необходимо уменьшать сопротивление канала, что достигается увеличением отношения ширины канала к его длине. В то же время, уменьшение сопротивления канала путём увеличения примеси нежелательно, потому что необходимо обеспечить распространение p-n переходов в область канал при увеличении обратного напряжения на p-n переходе.