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 Jc = f(uЗВ, uСВ) моделює статичні ВАХ транзистора. Оскільки струм затвора практично дорівнює нулеві (iЗ »10-8 – 10-9 А), то в моделі не врахований активний опір між затвором і витоком (RЗВ® ¥). Міжелектродні єм­ності СЗВ, СЗС, ССВ – 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 СЗВ та СЗС – 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 JС, кероване напругою uЗВ.


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 uЗВо, uCВо,.

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

              S = diС / duЗВ,    якщо u= const;                        (3.45)

              Ri = duСВ/diС,    якщо uЗВ = const.                           (3.46)

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

               m = duСВ/duЗВ якщо iС = сonst.                              (3.47)

Значення коефіцієнта m можна виразити через параметри S та Ri:

               m = SRi.                                                                (3.48)

Орієнтовні значення параметрів лінеаризованих заступних схем є такими:

а) для польових транзисторів з керуючим р-n – переходом: СЗВ » ССВ  » 6 – 20 пФ; СЗС » 2 – 8 пФ; S » 0,3 – 7 мА/В;Ri » 0,02 – 0,5 мОм;

б) для МДН-транзисторів: СЗВ » ССВ £ 10 пФ; СЗС £ 2 пФ; S та Ri 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 DuЗВ, DuСВ, та DіЗ, DіС, можна записати рівняння транзистора у вигляді:

                                          (3.49)

де gЗЗ, gЗС, gСЗ, gСС – 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: gЗЗ= gЗС= 0: gСЗ= S;  gСС = 1/Ri.

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)