Тема 5. Моделі компонентів електронних кіл

4. Моделі польових транзисторів

Спрощена модель польового транзистора, яка відображає його нелінійні та частотні властивості, подана на рис. 3.36, де кероване джерело струму J_c = f(u_ЗВ, u_СВ) моделює статичні ВАХ транзистора. Оскільки струм затвора практично дорівнює нулеві (i_З »10^-8 – 10^-9 А), то в моделі не врахований активний опір між затвором і витоком (R_ЗВ® ¥). Міжелектродні єм­ності С_ЗВ, С_ЗС, С_СВ – це відповідно ємності затвор-витік, затвор-стік та стік-витік, які  визначають частотні властивості транзистора. Ці ємності є нелінійними, зокрема, у польового транзистора з керуючим р-n – переходом С_ЗВ та С_ЗС – це бар’єрні ємності переходів в області витоку та стоку.

Під час роботи транзистора у статичному режимі та в об­ласті низьких частот впливом міжелектродних ємностей нех­тують і тоді модель транзистора – це лише джерело струму J_С, кероване напругою u_ЗВ.

Рис. 3.36. Еквівалентна схема польового транзистора

На заступній схемі транзистора (рис. 3.36) стрілками позначено умовні додатні напрями струмів та напруг для n-канального польового транзистора. У р-канального транзистора напрям стрілок потрібно змінити на протилежний.

Аналізуючи роботу транзистора у малосигнальному режимі, коли на його зовнішних виводах діють, крім постійних напруг, ще й невеликі змінні у часі напруги і струми Du та Dі, використовують так звану лінеаризовану (малосигнальну) заступну схему (рис. 3.37), яку отримують із заступної схеми (рис. 3.36), визначаючи диференційні параметри транзистора у заданій робочій точці.

Рис. 3.37. Лінеаризована (малосигнальна) заступна схема польового транзистора

 

У лінеаризованій схемі міжелектродні ємності вважають ліній­ними, їхні значення дорівнюють значенням відповідних диференційних ємностей у робочій точці, яка визначається значеннями постійних напруг u_ЗВо, u_CВо,.

Параметри малосигнальної заступної схеми, а саме S – крутість стоко-затворної характеристики транзистора в заданій робочій точці та R_i – вихідний диференційний опір транзистора, який характеризує нахил стокових ВАХ, визначають на підставі ВАХ аналогічно, як і для біполярних транзисторів:

              S = di_С / du_ЗВ,    якщо u_CВ = const;                        (3.45)

              R_i = du_СВ/di_С,    якщо u_ЗВ = const.                           (3.46)

Підсилювальні властивості транзистора у малосигналь­ному режимі характеризують, крім крутості S, також коефіці­єнтом m, який називають коефіцієнтом підсилення напруги:

               m = du_СВ/du_ЗВ якщо i_С = сonst.                              (3.47)

Значення коефіцієнта m можна виразити через параметри S та R_i:

               m = SR_i.                                                                (3.48)

Орієнтовні значення параметрів лінеаризованих заступних схем є такими:

а) для польових транзисторів з керуючим р-n – переходом: С_ЗВ » С_СВ  » 6 – 20 пФ; С_ЗС » 2 – 8 пФ; S » 0,3 – 7 мА/В;R_i » 0,02 – 0,5 мОм;

б) для МДН-транзисторів: С_ЗВ » С_СВ £ 10 пФ; С_ЗС £ 2 пФ; S та R_i приб­лизно такі самі, як і у транзисторів з керуючим р-n – переходом.

Як відомо, режим роботи лінійного триполюсника повністю визначають дві незалежні напруги між його зовнішними виводами та два незалежні струми його зовнішних виводів. Вибравши як незалежні змінні відповідно прирости струмів та напруг Du_ЗВ, Du_СВ, та Dі_З, Dі_С, можна записати рівняння транзистора у вигляді:

                                          (3.49)

де g_ЗЗ, g_ЗС, g_СЗ, g_СС – комплексні диференційні провідності транзистора, які є математичною моделлю польового транзистора.

Під час роботи транзис­тора в області низьких частот, коли впливом міжелектродних ємностей можна знехтувати, диференційні провідності набувають таких значень: g_ЗЗ= g_ЗС= 0: g_СЗ= S;  g_СС = 1/R_i.

Отже, на підставі вик­ладеного доходимо висновку, що узагальненою характерис­тикою польового транзистора у малосигнальному (лінійному) режимі роботи є матриця диференційних провідностей, яку записують у вигляді:

                     .             (3.50)