- •Физические основы электроники
- •200 800, 200 900, 201 000, 201 100, 201 200, 201 400
- •Содержание
- •Введение
- •1 Основы теории электропроводности полупроводников
- •1.1 Общие сведения о полупроводниках
- •1.1.1 Полупроводники с собственной электропроводностью
- •1.1.2 Полупроводники с электронной электропроводностью
- •1.1.3 Полупроводники с дырочной электропроводностью
- •1.2 Токи в полупроводниках
- •1.2.1 Дрейфовый ток
- •1.2.2 Диффузионный ток
- •1.3 Контактные явления
- •1.3.2 Прямое включение p-n перехода
- •1.3.3 Обратное включение р-п-перехода
- •1.3.4 Теоретическая вольтамперная характеристика p-n перехода
- •1.3.5 Реальная вольтамперная характеристика p-n перехода
- •1.3.6 Емкости p-n перехода
- •1.4 Разновидности электрических переходов
- •1.4.1 Гетеропереходы
- •1.4.2 Контакт между полупроводниками одного типа электропроводности
- •1.4.3 Контакт металла с полупроводником
- •1.4.4 Омические контакты
- •1.4.5 Явления на поверхности полупроводника
- •2 Полупроводниковые диоды
- •2.1 Классификация
- •2.2 Выпрямительные диоды
- •2.2 Универсальные и импульсные диоды
- •2.3 Стабилитроны и стабисторы
- •2.4 Варикапы
- •3 Биполярные транзисторы
- •3.1 Общие сведения
- •3.2. Принцип действия биполярного транзистора
- •3.3. Токи в транзисторе
- •3.4. Статические характеристики биполярных транзисторов
- •3.5. Дифференциальные параметры биполярного транзистора
- •3.6 Модели бт
- •3.7. Эксплуатационные параметры транзисторов
- •3.8 Частотные свойства биполярных транзисторов
- •4 Полевые транзисторы
- •4.2 Полевой транзистор с изолированным затвором
- •4.3. Дифференциальные параметры полевого транзистора
- •4.4 Эквивалентная схема пт
- •4.5 Частотные свойства полевых транзисторов
- •3.10 Работа транзистора в усилительном режиме
- •3.11 Работа транзистора в режиме усиления импульсов малой амплитуды
- •3.12 Работа транзистора в режиме переключения
- •3.13 Переходные процессы при переключении транзистора
- •Литература
- •Физические основы электроники
4.4 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: rС и rИ – неизменные сопротивления между каналом и выводами транзистора (называемые немодулированными сопротивлениями стока и истока); управляемое сопротивление канала ri и генератор тока S ∙UЗИ, создающий ток стока, зависят от входного напряжения UЗИ. Сопротивление канала ri сравнительно велико, а немодулированные сопротивления rС и rИ на два-три порядка меньше, чем ri. Строго говоря, эти два сопротивления включены последовательно с сопротивлением канала, учитывая, что ri ≫ rС + rИ для упрощения анализа целесообразно rС исключить, а ri соединить непосредственно со стоком. Сопротивление rИ следует учитывать, т.к. оно существенно влияет на параметры транзистора.
Междуэлектродные емкости: входная затвор-исток СЗИ, проходная затвор-сток СЗСи выходная сток-исток ССИ.
4.5 Частотные свойства полевых транзисторов
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 tПРотражается комплексной крутизной
(4.6)
Здесь S0 - значение крутизны приω→ 0.
Модуль крутизны равен:
. (4.7)
При ω=ωSкрутизна уменьшается враз, частотуωSназывают предельной частотой крутизны.
Частота ωS связана с временем пролетаtПРсоотношением
ωS=1/ tПР.
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 емкостьСЗИ, часть через емкостьСЗС. Тогда входной ток будет равен
где . (4.8)
Отсюда следует, что наличие проходной емкости СЗСувеличивает входную емкость транзистора, что ведет к снижению граничной частоты, поскольку емкостьСЭ, определяющая граничную частоту, включает в себя и входную емкость транзистора, шунтирующую резистор нагрузкиRН.
Ток затвора IЗво входной цепи полевого транзистора с управляющимp-nпереходом является обратным током, который создается неосновными носителями через p-n переход, чрезвычайна мал (порядка 10-9А и менее). Поэтому входное сопротивление полевого транзистора RВХ=DUЗ/DIЗочень 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- 1014Ом 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.
.