Польові транзистори

      2.1.4. Зворотний струм переходу затвор-стік I_ЗСО – струм, протікаючий в колі затвор-стік при заданій зворотній напрузі між затвором і стоком і розімкненими рештою виводів.

      2.1.5. Зворотний струм переходу затвор-витік I_ЗВО – струм, протікаючий в ланцюзі затвор – витік при заданій зворотній напрузі між затвором і витоком і розімкненими рештою виводів.

      2.1.6. Напруга відсікання польового транзистора U_ЗВ.від – напруга між затвором і витоком транзистора з pn переходом або ізольованим затвором, працюючого в режимі збіднення, при якому струм стоку досягає заданого низького значення.

      2.1.7. Порогова напруга  польового транзистора U_ЗВ.пор – напруга між затвором і витоком транзистора з ізольованим затвором, працюючого в режимі збагачення, при якому струм стоку досягає заданого низького значення.

      2.1.8. Крутизна характеристик польового транзистора S – відношення зміни струму стоку до зміни напруги на затворі при короткому замиканні по змінному струму на виході транзистора в схемі із загальним витоком.

      2.1.9. Вхідна ємність польового транзистора С_11В – ємність між затвором і витоком при короткому замиканні по змінному струму на виході в схемі із загальним витоком.

      2.1.10. Вихідна ємність польового транзистора С_22В – ємність між стоком і витоком при короткому замиканні по змінному струму на вході в схемі із загальним витоком.

      2.1.11 Прохідна ємність польового транзистора C_{12В –} ємність між затвором і стоком при короткому замиканні по змінному струму на вході в схемі із загальним витоком.

      2.1.12. Ємність затвор-стік С_ЗСО – ємність між затвором і стоком при розімкнених по змінному струму решти виводів.

      2.1.13. Ємність затвор-витік С_ЗВО – ємність між затвором і витоком при розімкнених по змінному струму решти виводів.

      2.1.14. Коефіцієнт посилення по потужності К_ур – відношення потужності на виході польового транзистора до потужності на вході при певній частоті і схемі включення.

      2.1.15. Частотні властивості польових транзисторів визначаються постійною часу RC – кола затвора. Оскільки вхідна ємність С_11и у транзисторів з р-п переходом велика (десятки піко-фарад), їх застосування в підсилювальних каскадах з великим вхідним опором можливе в діапазоні частот, що не перевищують сотень кілогерц – одиниць мегагерц.

      При роботі в перемикаючих схемах швидкість  перемикання повністю визначається постійною часу RC – ланцюга затвора. У польових транзисторів з ізольованим затвором вхідна ємність значно менша, тому їх частотні властивості набагато кращі, ніж у польових транзисторів з р-п-переходом.

      2.1.16 Шумові властивості польових транзисторів оцінюються коефіцієнтом шуму КШ, який мало залежить від напруги стік-витік, струму стоку і навколишньої температури (нижче 50° С) і монотонно зростає зі зменшенням частоти і внутрішнього опору джерела сигналу. Коефіцієнт шуму вимірюють в заданому режимі по постійному струму U_СВ, I_C на певній частоті.

      Замість коефіцієнта шуму іноді вказують шумову напругу польового транзистора U_ш – еквівалентна шумова напруга, приведена до входу, в смузі частот при певному повному опорі генератора в схемі із загальним витоком; шумовий струм I_ш – еквівалентний шумовий струм, приведений до входу, при розімкненому вході в смузі частот у схемі із загальним витоком.

      2.1.17. Теплові параметри польового транзистора характеризують його стійкість при роботі в діапазоні температур. При зміні температури властивості напівпровідникових матеріалів змінюються. Це приводить до зміни параметрів польового транзистора, в першу чергу, струму стоку, крутизни і струму витоку затвора.

      Залежність  зміни струму стоку від температури  визначається двома чинниками: контактною різницею потенціалів pn- переходу і зміною рухливості основних носіїв заряду в каналі. При підвищенні температури контактна різниця потенціалів зменшується, опір каналу падає, а струм збільшується. Але підвищення температури приводить до зменшення рухливості носіїв заряду в каналі і струму стоку. За певних умов дія цих чинників взаємно компенсується і струм польового транзистора перестає залежати від температури.

      Залежність  крутизни характеристики від температури  у польових транзисторів така ж як і у струму стоку. Зі зростанням температури  струм витоку затвора збільшується. Хоча абсолютна зміна струму незначна, її треба враховувати при великих опорах у ланцюзі затвора. В цьому випадку зміна струму витоку затвора може викликати суттєву зміну напруги на затворі польового транзистора і режиму його роботи.

      У польовому транзисторі з ізольованим  затвором струм затвора практично не залежить від температури.

      2.1.18. Максимально допустимі параметри визначають значення конкретних режимів польових транзисторів, які не повинні перевищуватися за будь-яких умов експлуатації і при яких забезпечується задана надійність. До максимально допустимих параметрів відносяться: максимально допустима напруга затвор – витік U_ЗВmax, затвор – стік U_ЗСmax, стік – витік U_СВmax, максимально допустима напруга стік – підкладка U_СПmax, витік – підкладка U_ИПmax, затвор – підкладка U_ЗПmax. Максимально допустимий постійний струм стоку I_Сmax, максимально допустимий прямий струм затвора I_З(пр)max, максимально допустима постійна розсіювана потужність Р_max.

      2.2. Вольт-амперні характеристики

      Вольт-амперні характеристики польових транзисторів встановлюють залежність струму стоку I_C від однієї з напруг U_СВ або U_ЗВ при фіксованій величині другої.

      Статичні стокові характеристики польового транзистора з управляючим pn-переходом представляють виражену графічну залежність I_C=φ(U_CВ) при U_ЗВ=const. При U_ЗВ=0 та малих значеннях при U_СВ струм стоку змінюється прямо пропорційно напрузі (початок ділянки АБ, рисунок 2.1., а ). В точці Б через помітне звуження стокової ділянки каналу та зменшення його загальної провідності намічається деяке відхилення характеристики від прямої. На ділянці БВ значне звуження стокової ділянки каналу та значне зменшення його загальної провідності уповільнює ріст струму I_C з збільшенням U_СВ. В точці В при U_СВ.НАС=│U_ЗВ.ВІД│ струм стоку досягає значення насичення та при подальшому збільшенні U_СВ залишається майже незмінним. Цей струм називається початковим струмом стоку І_С.ПОЧ. при U_{СВ.ПРОБ} виникає електричний пробій стокової ділянки управляючого pn- переходу та струм різко зростає. При подачі деякої від’ємної напруги на затвор (U_ЗВ < 0) управляючий pn- перехід розширюється, звужуючи струмопровідний канал, що призводить до зменшення вихідної провідності провідності каналу та більш похилому ходу початкової ділянки даної статичної стокової характеристики. При цьому значення U_СВ.НАС та І_СВ.НАС зменшуються. Декілька меншим оказується й напруга електричного пробою. Так як зворотна напруга на стоковій ділянці управляючого pn- переходу представляє собою доданок U_СВ +│U_ЗВ│. Аналогічний вигляд мають і всі інші характеристики сімейства. Геометричне місце точек, відповідно до перекриття струмопровідного каналу та наставання режима насичення на характеристиках (рисунок 2.1., а), показано штриховою лінією.

      Рисунок 2.1. – Вольт-амперні характеристики польового транзистора з pn- переходом  та n-каналом: а) – стокові, б) – стоко-затворні

      Статична  стоково-затворна характеристика (характеристика управління) I_C=φ(U_ЗВ) приведена на рисунку 2.1., б). Так як польовий транзистор зазвичай робить в режимі насичення, то, як правило, розглядають стоко-затворну для цього режиму роботи. Початкова дільниця при U_СВ.ВІД відповідає встановленню в транзисторі залишкового струму I_C.ЗАЛ маючого значення декілька мікроампер. При U_ЗВ=0 значення струму стоку досягає максимальної величини I_C.max

      Статичні  стокові характеристики МДН транзистора  з індукованим мають аналогічний характер (рисунок 2.2.). При певній напрузі │U_ЗВ│ ≤│U_ЗВ.ПОР│ канал находиться практично в закритому стані (I_C=І_С.ЗАЛ). при збільшені напруги U_ЗВ>│U_ЗВ.ПОР│ відбувається зміщення струму насичення в сторону збільшення. Початкова ділянка стоко-затворної характеристики при U_ЗВ.ПОР відповідає I_C=І_С.ЗАЛ, аналогічно польовому транзистору з pn- переходом.

      Рисунок 2.2. – Вольт-амперні характеристики польового транзистора з індукованим каналом p-типу: а) – стокові, б) – стоко-затворні

      В МДН транзисторі з індукованим  каналом з підложкой p-типа при U_ЗВ=0 канал n-типа може знаходитися в провідному стані. При деякій пороговій напрузі U_ЗВ.ПОР <0 за рахунок збіднення каналу основними носіями провідність його значно зменшиться. Статичні стокові характеристики в цьому випадку будуть мати вигляд, зображений на рисунку 2.3., а) , стоко-затворна характеристика перетинає вісь ординат в точці з значенням струму І_С.ПОЧ (рисунок 2.3., б).

      Рисунок 2.3. – Вольт-амперні характеристики польового транзистора з вбудованим каналом n-типу: а) – стокові, б) – стоко-затворні

      Особливістю МДН транзистора с індукованим  каналом n-типа є можливість роботи без постійної напруги зміщення (U_ЗВ=0) в режимі як збіднення, так і збагачення каналу основними носіями заряду. МДП транзистор з вбудованим каналом має вольт-амперні характеристики, аналогічні зображеним на 
рисунку 2.3.

       3. СХЕМИ ВКЛЮЧЕННЯ  ТА РЕЖИМИ РОБОТИ  ПОЛЬОВИХ ТРАНЗИСТОРІВ

      Польовий  транзистор як елемент схеми є  активним несиметричним чотириполюсником, у якого один із затисків є загальним для ланцюгів входу і виходу. Залежно від того, який з електродів польового транзистора підключений до загального виведення, розрізняють схеми: із загальним витоком і входом на затвор; із загальним стоком і входом на затвор; із загальним затвором і входом на витік. Схеми включення польового транзистора показані на рисунок 3.1.

      Рисунок 3.1. – Схеми включення польового транзистора:

а) – з загальним витоком;

      б) – з загальним стоком;

      в) – з загальним затвором

      За  аналогією з ламповою електронікою, де за типову прийнята схема із загальним  катодом, для польових транзисторів типовою є схема із загальним  витоком.

      Еквівалентна  схема польового транзистора, елементи якої виражені через Y-параметри, наведена на рисунку 3.2. При такому підключенні кожна з провідності має фізичний сенс.

      Вхідна  провідність визначається провідністю  ділянки затвор – витік  
Y_ЗИ. = Y₁₁ + Y₁₂; вихідна провідність – провідність ділянки стік – витік  
Y_СИ = Y₂₂ + Y₂₁; функції передачі – крутизною вольт-амперної характеристики  
S = Y₂₁ – Y₁₂; функція зворотної передачі – прохідною провідністю Y_ЗС = Y₁₂. Ці параметри застосовуються в якості первинних параметрів польового транзистора, використовуваного як чотириполюсник. Якщо первинні параметри чотириполюсника для схем із загальним витоком визначені, то можна розрахувати параметри для будь-якої іншої схеми включення польового транзистора.

      Рисунок 3.2. Еквівалентна схема польового транзистора

      Польові транзистори можуть забезпечувати підсилення електромагнітних коливань як по потужності, так і по струму та напрузі. Слід враховувати конструктивні особливості польових МДН транзисторів, а саме МДН транзистор з вбудованим каналом може працювати як в режимі збагачення, так і в режимі збіднення основними зарядами, тоді як МДН транзистори з індукованим каналом працюють тільки в режимі збагачення основними зарядами.