3.2. Характеристики и параметры малых сигналов

На рис. 3.2 и 3.3 представлено семейство характеристик типового полевого

Рис. 3.2 Передаточная характеристика и-ка-

налыюго полевого транзистора с управляющим

р-л-переходом

Рис. 3.3. Семейство выходных характеристик n-канального

полевого транзистора с управляющим р-n-переходом

транзистора с управляющим р-n-переходом. в области малых сигналов. Можно заметить, что качественно эти характеристики подобны характеристикам биполярного

транзистора. При этом сток соответствует коллектору, исток - эмиттеру, а затвор - базе биполярного транзистора. Характеристики полевого транзистора отличаются от

соответствующих характеристик n-р-n-транзистора рабочим диапазоном напряжения затвор-исток. Напряжение, при котором ток стока I_D принимает минимальное значение, называется пороговым напряжением U_p.

При значениях напряжений U_GS, больших Up, передаточная характеристика

транзистора, представленная на рис. 4.2, описывается уравнением

где I_DS - ток стока при U_GS = 0. На практике эта величина тока для полевого транзистора с управляющим р-n-переходом является предельной, так как положительных напряжений затвор-исток стараются избегать, чтобы не потерять преимуществ, обеспечиваемых малым током затвора.

Из выражения (3.1) следует, что ток стока при U_GS = Up должен равняться нулю.

Фактически это равенство выполняется лишь приближенно. Поэтому правильнее

было бы определить значение U_GS, при котором значение тока стока становится равным нескольким микроамперам. Полученное таким образом значение не всегда будет удовлетворять равенству (3.1), поэтому удобнее вычислить величину как

функцию U_GS и экстраполировать полученную прямую линию до значения тока I_D = 0.

Выражение (3.1) можно использовать также и для описания передаточных характеристик МОП-транзисторов, как нормально открытых, так и нормально закрытых, если учесть знаки величин U_GS и U_p. Для нормально закрытых МОП-транзисторов в качестве величины I_DS используется ток стока при U_GS = 2U_p. Смысл этого становится ясным при сравнении передаточных характеристик МОП-транзисторов обедненного и обогащенного типов на рис. 3.4 и 3.5. Напряжение затвор-исток для МОП-транзисторов может повышаться до величины напряжения пробоя оксидного слоя, составляющего

Рис. 3.4. Передаточная характеристика нормально

открытого n-канального полевого транзистора

Рис. 3.5. Передаточная характеристика нормально

закрытого n-канального полевого транзистора

около 50 В, этому ток стока таких транзисторов может значительно превышать величину I_DS.

По передаточной характеристике транзистора может быть определен такой его

параметр, как крутизна:

Дифференцированием выражения (3.1) можно определить крутизну

Особый интерес представляет значение крутизны при I_D = I_DS, обозначаемое через

S_S. Для полевых транзисторов с управляющим р-n-переходом это максимальное

значение крутизны. Из выражения (3.3) находим

Теперь, по легко определяемым опытным путем параметрам S_s и I_DS, можно просто получить напряжение отсечки. Типовые значения параметров маломощного полевого транзистора составляют:

Можно отметить, что при равных токах стока полевого и коллектора биполярного транзисторов крутизна полевого транзистора существенно ниже, чем биполярного.

На рис. 3.3 представлены выходные характеристики полевого транзистора - графики зависимости между I_D и U_DS при различных фиксированных значениях U_GS.

Характеристики имеют одинаковый вид как для нормально открытых, так и для

нормально закрытых полевых транзисторов. При малых значениях U_DS ток I_D возрастает приблизительно пропорционально U_DS. Полевой транзистор в этой области режимов эквивалентен омическому сопротивлению, значение которого может управляться напряжением U_GS. При напряжениях ниже точек перегиба

семейство выходных характеристик описывается выражением (3.3) и (3.4)

Эта зона семейства выходных характеристик называется начальной зоной.

Зона семейства выходных характеристик, находящаяся за точками перегиба,

называется зоной сжатия. В этой зоне ток стока зависит в основном только от напряжения U_GS и очень незначительно от U_DS, что соответствует выражению (3.1). Остаточная зависимость тока от напряжения U_DS характеризуется дифференциальным выходным сопротивлением

Как и у биполярных транзисторов, дифференциальное выходное сопротивление снижается при увеличении тока стока I_D, причем приблизительно, обратно пропорционально величине .

3.3. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ

По аналогии с биполярными транзисторами, в зависимости от того, какой элек-

электрод подключается к точке постоянного потенциала, различают три схемы включения: истоковое, стоковое и затворное.

3.3.1. СХЕМА С ОБЩИМ ИСТОКОМ

Схема с общим истоком (рис. 3.6) соответствует схеме с общим эмиттером для биполярного транзистора.

Рис. 3.6. Схема с общим истоком

Различие состоит в том, что диод канал-затвор включен в запирающем направлении. Входной ток при этом практически равен нулю, а входное сопротивление очень велико.

3.3.2. СХЕМА С ОБЩИМ ЗАТВОРОМ

Как правило, для полевых транзисторов схемы с общим затвором почти не

применяются, так как при этом включении не используется свойство высокоомности

цепи затвор-исток транзистора.

3.3.3. СХЕМА С ОБЩИМ СТОКОМ, ИСТОКОВЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ

Схема с общим стоком (рис. 3.7) обладает значительно большим входным сопротивлением, чем схема с общим истоком.

Рис. 3.7. Истоковый повторитель

В большинстве случаев, однако, это не имеет особого значения, поскольку оно достаточно велико и для схем с общим истоком. Преимуществом такой схемы является то, что она существенно уменьшает входную емкость каскада. В отличие от эмиттерного повторителя выходное сопротивление истокового повторителя не зависит от внутреннего сопротивления Rg источника сигнала.