Стоко-затворная характеристика

Стоко-затворная характеристика полевого транзистора описывает зависимость тока стока от напряжения "затвор – исток" I _с(U _зи)| _{U си =const} при фиксированном напряжении "сток – исток". Примерный вид нескольких характеристик из серии I _с(U _зи)| _{U си} показан на рис. 4.3, б.

Еще раз подчеркнем, что в режимах, когда U _зи > 0 (на затворе ²+²) данный транзистор не может работать. Поэтому, при фиксированном напряжении на стоке, например, U _си = 10 В, можно, изменяя U _зи, управлять величиной тока стока от максимального значения тока I _{с max} (при U _зи = 0) вплоть до I _с = 0 (при U _зи = U _зи.отс < 0). Напряжение U _зи, при котором ток стока становится равным нулю, называют напряжением отсечки U _зи.отс.

Важным параметром полевого транзистора, определяемым по стоко-затворной характеристике, является крутизна характеристики S:

S = dI _c/ dU _зи| _{U си=const}, мА/В, (4.1)

которая отражает связь выходного тока I _с полевого транзистора с входным напряжением U _зи; обычно значение S определяется при U _си = 0. Крутизна характеристики S – это параметр, характеризующий чувствительность ПТУП, подобный коэффициентам b или a - параметрам биполярных транзисторов.

К другим основным параметрам полевого транзистора относятся:

- внутреннее (выходное) сопротивление полевого транзистора, равное

r_i = dU _cи/ dI _c| _{U зи=const}, (4.2)

как и выходное сопротивление биполярного транзистора, характеризует наклон стоковой (выходной) характеристики на участке II (рис. 4.3, а);

- входное сопротивление, равное

r _вх = dU _зи/ dI _з, (4.3)

определяется сопротивлением одного или двух p-n -переходов, смещенных в обратном направлении.

Именно поэтому величина входного сопротивления (по постоянному току) подобных полевых транзисторов составляет 10⁸… 10⁹ Ом. Именно поэтому говорится, что затвор (контакт З и одноименная р -область под контактом) электрически (гальванически) отделен от канала.

Вследствие этого входной ток через контакт затвора I _з в статическом режиме можно считать равным нулю.

Таким образом, следует учитывать, что при подаче на затвор управляющих напряжений U _зи, обеспечивающих обратное включение p-n -перехода ²затвор-канал², входное сопротивление транзистора, как прибора, весьма высоко, а входной ток – ничтожно мал. Поэтому говорится, что в отличие от биполярного транзистора, который управляется током, полевой транзистор управляется не током, а напряжением (или электрическим полем);

– максимально допустимый ток стока I _cmax;

– максимально допустимое напряжение стока U _сиmax;

- напряжение отсечки U _зи.отс;

– межэлектродные емкости "затвор – исток" С _зи, "затвор – сток" С _зс и "сток – исток" С _си.

Маломощные полевые транзисторы с p-n -переходом выпускают на токи I _cmax до 50 мА и напряжения U _сиmax до 50 В. Типичные значения параметров таких транзисторов: U _зи.отс = 0,8…10 В, r_i = 0,02…0,5 кОм, S = 0,3…7 мА/В, r _вх = 10⁸…10⁹ Ом, С_зи = С_си = 6…20 пФ, С_зс = 2…8 пФ.

Схема замещения полевого транзистора с управляющим p-n- переходом в области высоких частот показана на рис. 4.4, а. Схема характеризует работу транзистора на участке II выходных характеристик для переменных составляющих тока i (t) и напряжения u (t).

а) б)

Рис. 4.4. Схемы замещения ПТУП в области высоких (а) и низких (б) частот

При ее составлении использованы следующие допущения. Ток i транзистора на участке II определяется напряжением u _вх = u _зи на затворе (входе) и крутизной S. Поэтому в выходную цепь схемы введен переменный источник тока величиной Su _вх, параллельно которому включено внутреннее сопротивление r_i, преобразующее идеальный источник тока Su _вх в реальный источник тока с внутренним сопротивлением r_i. Величины емкостей С _зи, С _зс и С _си определяют влияние межэлектродных емкостей на работу транзистора в области высоких частот.

В области низких частот межэлектродные емкости не учитываются, и схема замещения имеет вид, представленный на рис. 4.4, б.

Еще раз подчеркнем, что в отличие от модели, представленной на рис. 4.2, реальный ПТУП имеет, как правило, планарную структуру, аналогичную представленной на рис. 4.1, г.