3.9 Характеристики и малосигнальные параметры полевых транзисторов

Стандартный набор ВАХ полевых транзисторов отличается от набора ВАХ биполярных транзисторов прежде всего потому, что у полевых транзисторов отсутствуют входные токи, а значит, и входные характеристики. Обычно для полевых транзисторов приводятся проходные (передаточные) характеристики – зависимость тока стока от напряжения между затвором и истоком при постоянном напряжении U_СИ и семейство выходных характеристик – зависимость тока стока от напряжения между стоком и истоком при различных напряжениях между затвором и истоком.

На рис. 3.10 показаны передаточные характеристики транзисторов с каналом n-типа.

Рассмотрим некоторые особенности этих характеристик. Все характеристики полевых транзисторов с каналом n-типа расположены в верхней половине графика и, следовательно, имеют положительный ток стока I_С, что соответствует положительному напряжению между стоком и истоком U_СИ.

Характеристика полевого транзистора с управляющим p-n-переходом при нулевом напряжении на затворе имеет максимальное значение тока, которое называется начальным I_Снач. При увеличении запирающего напряжения ток стока уменьшается и при напряжении отсечки U_отсстановится близким к нулю. Проходные характеристики нелинейны и описываются выражением

. (3.12)

Характеристика полевого транзистора с индуцированным каналом при нулевом напряжении на затворе имеет нулевой ток. Появление тока стока в таких транзисторах происходит при напряжении на затворе больше порогового значенияU_пор. Увеличение напряжения на затворе U_ЗИ  U_пор приводит к увеличению тока стока.

Характеристика МОП-транзистора со встроенным каналом при нулевом напряжении на затворе имеет начальное значение тока I_С0. Такие транзисторы могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения. При увеличении напряжения на затворе канал обогащается и ток стока растет, а при уменьшении напряжения на затворе канал обедняется и ток стока снижается.

Характеристики транзисторов с каналом p-типа имеют такой же вид. Различие лишь в полярности напряжений, прикладываемых к затвору и стоку. Для n-канала напряжения положительные, для p-канала – отрицательные.

Выходные характеристики рассмотрим на примере полевого транзистора с управляющим p-n-переходом с каналом n-типа (рис. 3.11). На ВАХ можно выделить две области:

линейную U_СИ  U_отс– U_ЗИ и насыщения U_СИ  U_отс– U_ЗИ.

В линейной области ВАХ вплоть до точки перегиба представляют собой прямые линии, наклон которых зависит от напряжения на затворе.

В области насыщения ВАХ идут практически горизонтально, что позволяет говорить о независимости тока стока от напряжения на стоке.

Резкое различие ВАХ в различных областях определяет и двоякое применение полевых транзисторов. В линейной области полевой транзистор используется как сопротивление, управляемое напряжением на затворе. При U_ЗИ= 0 сопротивление промежутка сток-исток минимально. Для мощных МОП-транзисторов это сопротивление может быть очень малым (единицы – доли ома). При U_ЗИ= U_отс сопротивление канала сток-исток стремится к бесконечности.

В усилительном режиме полевой транзистор работает при небольшом отрицательном смещении на затворе относительно истока. Используется пологая область характеристик, на которой ток стока почти не меняется при изменении напряжения U_СИ.

Рабочая точка А, соответствующая исходному режиму транзистора до подачи на затвор управляющего сигнала, характеризуется тремя координатами:

A(I_С=I₀, U_СИ=U₀, U_ЗИ=U_ЗИо).

Малые приращения тока стока в окрестности рабочей точки определим как полный дифференциал функции двух переменных I_С=f (U_СИ, U_ЗИ):

. (3.13)

Приращения переменных в дальнейшем будем обозначать малыми (строчными) буквами, подразумевая под ними переменные составляющие токов и напряжений в выбранной рабочей точке. Частные производные характеризуют малосигнальные параметры усилительных элементов.

С учетом этих замечаний выражение (3.13) можно переписать в виде

(3.14)