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 3

Значение крутизны для пологой части ВАХ можно найти по формуле

                                                                                (13)

Графически по статическим ВАХ крутизну определяют по углу наклона касательной, проведённой к стокзатворной характеристике в заданной рабочей точке:

                                                                                 (14)

К дифференциальным параметрам полевого транзистора относится также внутренне сопротивление R_i, определяемое как отношение изменения напряжения на стоке к изменению тока стока при постоянном напряжении на затворе:

                                                                                  (15)

Внутренне сопротивление определяется с помощью стоковых характеристик по наклону графика тока в пологой области 2 ВАХ (рис.3):

Входная характеристика  представляет собой ВАХ

p-n перехода с резким возрастанием тока при U_зи>0.

Схема замещения полевого транзистора в режиме малого сигнала приведена на рис.5.

Рис.5. Схема замещения полевого транзистора

В полевом транзисторе отсутствуют процессы инжекции и накопления неосновных носителей. Поэтому быстродействие и частотные свойства определяются процессами перезаряда барьерных ёмкостей управляющих p-n переходов. Входное сопротивление R_зи на постоянном токе представляет собой сопротивление обратносмещённого p-n перехода и по величине составляет

10⁸  - 10⁹ Ом. Ёмкости для маломощных транзисторов, имеющих малые площади p-n переходов, составляют единицы пикофарад. Источник тока SU_зи отражает усилительные свойства транзистора. Внутренне сопротивление источника R_i на высоких частотах шунтируется ёмкостью С_си. При работе транзистора от высокоомного источника сигнала частотный диапазон ограничен временем перезаряда входной ёмкости С_зи через сопротивление источника сигнала. Проходная ёмкость С_зс образует частотозависимую обратную связь, уменьшающую усиление на высоких частотах. Поэтому ёмкость С_зс стараются технологически уменьшать. Полевые транзисторы используются в трёх основных схемах включения.

Усилительный каскад в схеме с общим истоком обеспечивает усиление по напряжению и мощности, коэффициент усиления по напряжению

Схема с общим стоком – истоковый повторитель обеспечивает коэффициент передачи по напряжению примерно равный единице, большое входное сопротивление и низкое выходное

Схема с общим затвором имеет низкое входное сопротивление – примерно R_си0. Такое включение транзистора используется для построения источников тока и высококачественных повторителей тока, так как из-за очень малого значения токов утечки затвора с высокой степенью точности выполняется условие I_С=I_И.

В полевых МДП-транзисторах металлический затвор изолирован от полупроводникового канала диэлектриком, т.е. транзистор представляет собой структуру металл-диэлектрик-полупроводник – МДП. Наиболее распространён диэлектрик оксид кремния, поэтому такие транзисторы часто называют МОП-транзисторы.

Различают МДП-транзисторы с встроенным каналом и индуцированным каналом. В МДП-транзисторах с встроенным каналом канал создаётся технологически. Основой МДП-транзистора является подложка слаболегированного кремния. В теле подложки создаются сильнолегированные области другого типа проводимости, соединённые каналом того же типа проводимости. В зависимости от типа проводимости различают транзисторы с каналом n-типа и p-типа. Наиболее распространены по технологическим причинам транзисторы с встроенным каналом n-типа – рис.1. В теле подложки – кристалла кремния p-типа проводимости – созданы две сильнолегированные области n-типа проводимости, соединённые каналом n-типа. Одна из областей n-типа является истоком, а другая – стоком. Электрод затвора изолирован от канала тонким слоем диэлектрика. Если приложить между стоком и истоком напряжение, положительное на стоке относительно истока, то через канал будет протекать ток, обусловленный начальной проводимостью канала. Если к затвору приложить положительное напряжение относительно истока, то электроны будут притягиваться из полупроводника к затвору, проводимость канала увеличивается, ток через транзистор возрастает. Такой режим работы при U_зи>0 для транзистора со встроенным каналом n-типа называется обогащением. При подаче на затвор отрицательного напряжения относительно истока дырки притягиваются из подложки, а электроны отталкиваются из канал, происходит обеднение канала основными носителями – электронами, проводимость канала уменьшается. При некотором отрицательном напряжении U_зи=U_отс, называемом напряжением отсечки, происходит инверсия типа электропроводности канала: n⁺-области будут разделены слоем p-типа проводимости. Ток стока определяется обратным током p-n перехода, образованного n⁺-слоем и p-слоем подложки.