4.3. Дифференциальные параметры полевого транзистора
Поскольку ПТ, как и электронная лампа, является прибором, управляемым напряжением, то рационально использовать систему уравнений с y-параметрами. Токи в этой системе считают функциями напряжений:
I1 = f(U1, U2); I2 = f(U1, U2). (4.4)
Тогда выражения для полных дифференциалов токов стока и затвора можно представить в виде:
(4.5)
В этих выражениях частные производные, определяющие приращения токов при изменении соответствующих напряжений, можно рассматривать как дифференциальные параметры транзистора, имеющие размерность проводимости.
-
входная проводимость,
-
проводимость обратной передачи,
-
проводимость прямой передачи,
-
выходная проводимость.
Заметим, что y-параметры определяются в режиме короткого замыкания для переменной составляющей тока на входе (y22 и y12) и на выходе (y21 и y11). Это трудно обеспечить на низких частотах и легко – на высоких.
В полевых транзисторах, включенных по схеме с общим истоком, U1 =UЗИ – это напряжение затвор-исток,I1 =IЗ – ток затвора,U2=UСИ – напряжение сток-исток, токI2 =IС – ток стока.
Как было сказано выше, входной ток очень мал и поэтому входная проводимость у11 так же очень мала.
Проводимостью обратной передачи у12 на низких частотах так же можно пренебречь.
Проводимость прямой передачи у21 называетсякрутизнаи для транзистора, включенного по схеме с общим истоком, определяется как
Она характеризует
управляющее действие затвора и измеряется
в [мА/В]. Определяется по характеристикам
заменяя бесконечно малые приращения
конечными, то есть
. Подробнее в [4].
Для получения высокой крутизны необходимо иметь канал с малой длиной и большой шириной. Увеличивать толщину канала и уменьшать удельное сопротивление нецелесообразно, так как это ведет к увеличению отрицательного порогового напряжения. Практически, длина канала составляет несколько микрометров, а его ширина может достигать тысячи микрометров.
Выходная проводимость
параметр характеризует влияние напряжения стока на ток стока. Ее определяют по выходным характеристикам заменяя бесконечно малые приращения конечными, то есть
.
Величина выходной проводимости очень мала и обусловлена изменением длины канала при изменении напряжения стока. Чем короче канал, тем больше относительное изменение его длины при одном и том же приращении UСИследовательно, тем больше проводимостьу22. Часто вместо параметрау22применяют обратную величинуRi = 1/у22.Этот параметр называется внутренним сопротивлением транзистора.
Помимо рассмотренных параметров используют параметр, характеризующий сравнительное воздействие напряжений стока и затвора на ток стока. Этот параметр называется коэффициентом усиления μ. Он равен отношению приращений напряжений стока и затвора, вызывающих одинаковые по величине и противоположные по знаку приращения тока стока:
.
Знак «минус» в этой формуле учитывает, что положительному приращению dUСИувеличивающему ток на величинуdIСсоответствует отрицательное приращениеdUЗИуменьшающее ток на ту же самую величинуdIС, благодаря чему обеспечивается постоянство токаIС.
Параметр μопределяется через параметрыSиRi. следующим образом:
μ=S∙Ri.
Полученное соотношение связывает между собой дифференциальные параметры полевого транзистора.
Так же как и в полевом транзисторе с р-n-переходом, дифференциальными параметрами МДП-транзистора являются крутизнаS, внутренняя проводимость у22, и коэффициент усиленияμ. Способ определения их по характеристикам такой же как и для полевых транзисторов с управляющимр-n-переходом.
Для повышения крутизны надо снижать пороговое напряжение и уменьшать длину канала и толщину подзатворного диэлектрика, а также увеличивать ширину канала. Практически длина канала составляет от 1 до 10 мкм, толщина диэлектрика 0,1 мкм.
Важным параметром при работе полевых транзисторов в усилительном режиме является величина выходной проводимости. Желательно, чтобы она была небольшой.
Проводимость прямой передачи численно равна крутизне. Выбирая ПТ с высокой крутизной в рабочей точке, добиваются больших значений коэффициента усиления по напряжению.