6.3. Параметры и эквивалентная схема полевого транзистора

Полевые транзисторы характеризуются следующими основными параметрами:

1) по постоянному току:

• напряжением отсечки U_отс (унитрон, МОП-транзистор со встроенным каналом);

• пороговым напряжением U_пор (МОП-транзистор с индуцирован­ным каналом);

• максимальным током стока I_{c max}

• максимальным напряжением стока U_{cи max}

2) по переменному току (малосигнальные параметры):

• крутизной

• выходным сопротивлением

• входным сопротивлением R_ВХ;

• межэлектродными емкостями C_ЗИ, С_ЗС, С_СИ ;

• граничной частотой f_s по крутизне.

Важнейшим малосигнальным параметром полевого транзистора является крутизна, отражающая усилительные свойства транзистора. Поскольку затвор, окисел и канал образуют конденсатор (емкость затвора), то при изменении напряжения затвора происходит перезаряд емкости С_З через сопротивление канала R_K с постоянной заряда

Усредненное значение емкости Сз равно единицам и долям пикофарады, усредненное значение сопротивления R_К = 75 – 300 Ом. При этом управляющим напряжением Uз на затворе является напряжение на емкости. Значит, и ток стока будет изменяться вместе с на­пряжением Uз. Однако напряжение на емкости Uз является внутрен­ней величиной, а напряжение затвора Uз (рис.6.7,а) - внешней.

По отношению к внешнему напряжению U_З, ток стока запаздывает. Это явление в конечном итоге обусловливает зависимость крутизны от частоты (комплексность крутизны):

а б

Рис. 6.7

и определяет частотные свойства транзистора, т.е. его граничную частоту

f_S определяется так же, как и f_ , при этом S₀ уменьшается в 2 раза (см. рис.5.15).

Низкочастотное значение крутизны S₀ и внутреннее сопротив­ление R_i, определяются из выходных характеристик в выбранном ре­жиме (S₀, R_i зависят от режима).

Важнейшей особенностью полевого транзистора является очень высокое входное сопротивление R_ВХ, достигающее у МОП-транзисто­ров 10¹⁴ Ом, а также малый коэффициент шума. Граничная частота обычных МОП-транзисторов (с каналом длиной в 5 - 10 мкм) находит­ся в пределах 100 - 300 МГц. У транзисторов с ультракоротким ка­налом (доли мкм) f_S достигает 10 ГГц. У сплавных унитронов f_S не превышает 500 кГц.

С учетом параметров по переменному току на рис.6.7,б пред­ставлена упрощенная эквивалентная схема полевого транзистора для переменных составляющих. Часто входную цепь (из-за очень большого входного сопротивления) не указывают, тогда схема приобретает простой вид (см. рис.6.7,б), аналогичный виду ламповой схемы. Ем­кость С₀ в выходной цепи является эквивалентной емкостью всех межэлектродных емкостей (С_ЗИ, С_ЗС, С_СИ). В табл. 6.1 приведены параметры некоторых полевых транзисторов. При более подробном анализе необходимо учитывать влияние подложки на свойства МОП-тран­зистора, являющегося, по сути, вторым затвором /2/.

Таблица 6.1

Параметры полевых транзисторов

Тип транзистора	IСmax МА	Uотс, В	Uпор, В	UСИmax, В	S, МА/В	Iзатв, нА	Сзи, пФ	Сзи, ПФ
КП103И унитрон КП301Б, МОП	2 15	0,8+3,0 -	- 4,2	10 20	0,8+2,6 1,0	20 0,3	20 3,5	8 1,0