Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА

Ток стока в рабочей точке можно определить по следующей формуле [2]:

Уравнение (1) является приближенным для характеристики передачи любого полевого транзистора (особенно с малыми напряжениями отсечки).

Крутизна полевых транзисторов

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Максимальное значение крутизны характеристики Sмакс достигается при Uз.и=0. При этом численное значение Sмакс равно проводимости канала полевого транзистора при нулевых смещениях на его электродах.

Крутизна характеристики полевых транзисторов на 1-2 порядка меньше, чем у биполярных транзисторов, поэтому при малых сопротивлениях нагрузки коэффициент усиления каскада на полевом транзисторе меньше коэффициента усиления аналогичного каскада на биполярном транзисторе.

В большинстве случаев крутизну характеристики полевых транзисторов считают частотно-независимым параметром. Поэтому быстродействие электронных схем на полевых транзисторах ограничено в основном паразитными параметрами схемы.

Выражение для крутизны характеристики в рабочей точке ПТ получим, используя (1):

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора(2)

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора(3)

Соотношение (3) позволяет по двум известным параметрам рассчитать третий.

Пробой не приводит к выходу из строя ПТ с управляющим р-n-переходом, если при этом рассеиваемая мощность не превышает допустимой. После пробоя в нормальном рабочем режиме эти транзисторы восстанавливают свою работоспособность. Это свойство транзисторов с p-n-переходом даёт им известное преимущество перед МОП-транзисторами, у которых пробой однозначно приводит к выходу прибора из строя.

Однако необходимо оговориться, что и для ПТ с р-n-переходом пробой не всегда безвреден. Степень его влияния на параметры транзистора определяется значением и продолжительностью действия тока, протекающего при этом через затвор. Так, в результате пробоя может увеличиться ток утечки затвора в нормальном режиме [7].

Динамическое сопротивление канала rк определяется выражением

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Это сопротивление при Uс.и = 0 и произвольном смещении Uз.и можно выразить через параметры транзистора [2]:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора(4)

При малом напряжении сток-исток вблизи начала координат ПТ ведёт себя как переменное омическое сопротивление, зависящее от напряжения на затворе. Это остаётся справедливым даже в случае изменения полярности напряжения стока (см. рис. 4); необходимо только, чтобы напряжение на затворе было больше, чем на стоке [5].

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Зависимости сопротивления канала ПТ от напряжения на затворе

Минимальное значение сопротивления канала rк0 наблюдается при Uз.и = 0: при увеличении обратного напряжения на затворе сопротивление канала нелинейно увеличивается (см. рис. 10). Значение rк0 определяется по стоковой характеристике транзистора как тангенс угла наклона касательной к кривой Iс=f(Uс) при Uз.и = 0 в точке Uс.и=0.

Для приближенных расчётов имеет место простое соотношение

Источник

Расчет статического режима

Рассмотрим схему на рис. 26.5. Полагая I D = 0,2 мА, вычисляем потенциал истока: V S = 0,2 мА · 5 кОм = 1 В. Это величина напряжения обратного смещения управляющего pn-перехода.

Падение напряжения на резисторе R 2 = 0,2 мА · 30 кОм = 6 В.

Потенциал стока V D = 15 – 6 = 9 В.

Линия нагрузки

Линию нагрузки можно начертить точно так же, как для биполярного транзистора. На рис. 26.6 показана линия нагрузки для схемы па же. 26.5.

Если I D = 0, то V DS = V DD = 15 В. Это точка Х на линии нагрузки.

МОП-транзистор

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Рис. 26.6. Линия нагрузки усилителя на полевом транзисторе (рис. 26.5).

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Рис. 26.7. Поперечное сечение МОП-транзистора.

потенциала приводит к расширению канала п-типа и увеличению тока через этот канал, подача отрицательного потенциала вызывает сужение канала и уменьшение тока. Для МОП-транзистора с каналом р-типа си­туация изменяется на обратную.

Существует два типа МОП-транзисторов: транзисторы, работающие в режиме обогащения, и транзисторы, работающие в режиме обедне­ния. Транзистор, работающий в режиме обогащения, находится в состоянии отсечки тока (нормально выключен), когда напряжение смеще­ния V GS = 0.

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Рис. 26.8. Выходные характеристики МОП-транзистора с каналом п-типа, ра­ботающего в режиме обогащения, и условное обозначение этого транзистора.

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Рис. 26.9. Выходные характеристики МОП-транзистора с каналом n-типа, ра­ботающего в режиме обеднения, и условное обозначение этого транзистора.

Протекание тока начинается только при подаче напряже­ния смещения на затвор. Выходные характеристики п-канального МОП-транзистора с каналом п-типа, работающего в режиме обогащения, и его условное обозначение показаны на рис. 26.8.

МОП-транзистор, работающий в режиме обеднения, проводит ток, ко­гда напряжение смещения на затворе отсутствует (нормально включен). Для МОП-транзистора с каналом n-типа ток стока увеличивается при подаче на затвор положительного напряжения и уменьшается при подаче отрицательного напряжения (рис. 26.9).

Условное обозначение МОП-транзистора с каналом р-типа показано на рис. 26.10. Заметим, что прерывающаяся жирная линия указывает на МОП-транзистор, работающий в режиме обогащения (нормально выключен).

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Рис. 26.10. Условное обозначение МОП-транзистора с каналом р-типа.

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Рис. 26.11. Усилитель на МОП-транзисторе с каналом р-типа, рабо­тающий в режиме обеднения.

Сплошная линия используется для обозначения МОП-транзистора, работающего в режиме обеднения (нормально включен). Вывод подлож­ки обозначается буквой «Ь», обычно он соединяется с выводом истока. На рис. 26.11 схема типичного усилителя с общим истоком на МОП-транзисторе с каналом р-типа, работающего в режиме обеднения. Ис­пользуется источник питания с отрицательным напряжением. Положи­тельное напряжение смещения между затвором и истоком V GS создается обычным образом с помощью резистора R 3 в цепи истока.

В этом видео рассказывается о типах полевых транзисторов:

Источник

Полевые транзисторы. For dummies

Введение

Полевыми транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, обычно с тремя выводами, в которых выходным током управляют с помощью электрического поля. (electrono.ru)

Определение не только подтвердило наши предположения, но и продемонстрировало особенность полевых транзисторов — управление выходным током происходит посредством изменения приложенного электрического поля, т.е. напряжения. А вот у биполярных транзисторов, как мы помним, выходным током управляет входной ток базы.

Еще один факт о полевых транзисторах можно узнать, обратив внимание на их другое название — униполярные. Это значит, что в процессе протекания тока у них участвует только один вид носителей заряда (или электроны, или дырки).

Три контакта полевых транзисторов называются исток (источник носителей тока), затвор (управляющий электрод) и сток (электрод, куда стекают носители). Структура кажется простой и очень похожей на устройство биполярного транзистора. Но реализовать ее можно как минимум двумя способами. Поэтому различают полевые транзисторы с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором.

Вообще, идея последних появилась еще в 20-х годах XX века, задолго до изобретения биполярных транзисторов. Но уровень технологии позволили реализовать ее лишь в 1960 году. В 50-х же был сначала теоретически описан, а затем получил воплощение полевой транзистор с управляющим p-n переходом. И, как и их биполярные «собратья», полевые транзисторы до сих пор играют в электронике огромную роль.

Перед тем, как перейти к рассказу о физике работы униполярных транзисторов, хочу напомнить ссылки, по которым можно освежить свои знания о p-n переходе: раз и два.

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Итак, как же устроен первый тип полевых транзисторов? В основе устройства лежит пластинка из полупроводника с проводимостью (например) p-типа. На противополжных концах она имеет электроды, подав напряжение на которые мы получим ток от истока к стоку. Сверху на этой пластинке есть область с противоположным типом проводимости, к которой подключен третий электрод — затвор. Естественно, что между затвором и p-областью под ним (каналом) возникает p-n переход. А поскольку n-слой значительно уже канала, то большая часть обедненной подвижными носителями заряда области перехода будет приходиться на p-слой. Соответственно, если мы подадим на переход напряжение обратного смещения, то, закрываясь, он значительно увеличит сопротивление канала и уменьшит ток между истоком и стоком. Таким образом, происходит регулирование выходного тока транзистора с помощью напряжения (электрического поля) затвора.

Можно провести следующую аналогию: p-n переход — это плотина, перекрывающая поток носителей заряда от истока к стоку. Увеличивая или уменьшая на нем обратное напряжение, мы открываем/закрываем на ней шлюзы, регулируя «подачу воды» (выходной ток).

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистораИтак, в рабочем режиме полевого транзистора с управляющим p-n переходом напряжение на затворе должно быть либо нулевым (канал открыт полностью), либо обратным.
Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистораЕсли величина обратного напряжения станет настолько большой, что запирающий слой закроет канал, то транзистор перейдет в режим отсечки.

Даже при нулевом напряжении на затворе, между затвором и стоком существует обратное напряжение, равное напряжению исток-сток. Вот почему p-n переход имеет такую неровную форму, расширяясь к области стока.

Само собой разумеется, что можно сделать транзистор с каналом n-типа и затвором p-типа. Сущность его работы при этом не изменится.

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистораУсловные графические изображения полевых транзисторов приведены на рисунке (а — с каналом p-типа, б — с каналом n-типа). Стрелка здесь указывает направление от p-слоя к n-слою.

Статические характеристики полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Выходной (стоковой) называется зависимость тока стока от напряжения исток-сток при константном напряжении затвор-исток. На рисунке — график слева.

На графике можно четко выделить три зоны. Первая из них — зона резкого возрастания тока стока. Это так называемая «омическая» область. Канал «исток-сток» ведет себя как резистор, чье сопротивление управляется напряжением на затворе транзистора.

Вторая зона — область насыщения. Она имеет почти линейный вид. Здесь происходит перекрытие канала в области стока, которое увеличивается при дальнейшем росте напряжения исток-сток. Соответственно, растет и сопротивление канала, а стоковый ток меняется очень слабо (закон Ома, однако). Именно этот участок характеристики используют в усилительной технике, поскольку здесь наименьшие нелинейные искажения сигналов и оптимальные значения малосигнальных параметров, существенных для усиления. К таким параметрам относятся крутизна характеристики, внутреннее сопротивление и коэффициент усиления. Значения всех этих непонятных словосочетаний будут раскрыты ниже.

Третья зона графика — область пробоя, чье название говорит само за себя.

С правой стороны рисунка показан график еще одной важной зависимости — стоко-затворной характеристики. Она показывает то, как зависит ток стока от напряжения затвор-исток при постоянном напряжении между истоком и стоком. И именно ее крутизна является одним из основных параметров полевого транзистора.

Полевой транзистор с изолированным затвором

Такие транзисторы также часто называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник)- или МОП (металл-оксид-полупроводник)-транзисторами (англ. metall-oxide-semiconductor field effect transistor, MOSFET). У таких устройств затвор отделен от канала тонким слоем диэлектрика. Физической основой их работы является эффект изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием поперечного электрического поля.
Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистораУстройство транзисторов такого вида следующее. Есть подложка из полупроводника с p-проводимостью, в которой сделаны две сильно легированные области с n-проводимостью (исток и сток). Между ними пролегает узкая приповерхностнаяя перемычка, проводимость которой также n-типа. Над ней на поверхности пластины имеется тонкий слой диэлектрика (чаще всего из диоксида кремния — отсюда, кстати, аббревиатура МОП). А уже на этом слое и расположен затвор — тонкая металлическая пленка. Сам кристалл обычно соединен с истоком, хотя бывает, что его подключают и отдельно.

Если при нулевом напряжении на затворе подать напряжение исток-сток, то по каналу между ними потечет ток. Почему не через кристалл? Потому что один из p-n переходов будет закрыт.

А теперь подадим на затвор отрицательное относительно истока напряжение. Возникшее поперечное электрическое поле «вытолкнет» электроны из канала в подложку. Соответственно, возрастет сопротивление канала и уменьшится текущий через него ток. Такой режим, при котором с возрастанием напряжения на затворе выходной ток падает, называют режимом обеднения.
Если же мы подадим на затвор напряжение, которое будет способствовать возникновению «помогающего» электронам поля «приходить» в канал из подложки, то транзистор будет работать в режиме обогащения. При этом сопротивление канала будет падать, а ток через него расти.

Рассмотренная выше конструкция транзистора с изолированным затвором похожа на конструкцию с управляющим p-n переходом тем, что даже при нулевом токе на затворе при ненулевом напряжении исток-сток между ними существует так называемый начальный ток стока. В обоих случаях это происходит из-за того, что канал для этого тока встроен в конструкцию транзистора. Т.е., строго говоря, только что мы рассматривали такой подтип МДП-транзисторов, как транзисторы с встроенным каналом.

Однако, есть еще одна разновидность полевых транзисторов с изолированным затвором — транзистор с индуцированным (инверсным) каналом. Из названия уже понятно его отличие от предыдущего — у него канал между сильнолегированными областями стока и истока появляется только при подаче на затвор напряжения определенной полярности.

Итак, мы подаем напряжение только на исток и сток. Ток между ними течь не будет, поскольку один из p-n переходов между ними и подложкой закрыт.
Подадим на затвор (прямое относительно истока) напряжение. Возникшее электрическое поле «потянет» электроны из сильнолегированных областей в подложку в направлении затвора. И по достижении напряжением на затворе определенного значения в приповерхностной зоне произойдет так называемая инверсия типа проводимости. Т.е. концентрация электронов превысит концентрацию дырок, и между стоком и истоком возникнет тонкий канал n-типа. Транзистор начнет проводить ток, тем сильнее, чем выше напряжение на затворе.
Из такой его конструкции понятно, что работать транзистор с индуцированным каналом может только находясь в режиме обогащения. Поэтому они часто встречаются в устройствах переключения.

Условные обозначения транзисторов с изолированным затвором следующие:
Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора
Здесь
а − со встроенным каналом n- типа;
б − со встроенным каналом р- типа;
в − с выводом от подложки;
г − с индуцированным каналом n- типа;
д − с индуцированным каналом р- типа;
е − с выводом от подложки.

Статические характеристики МДП-транзисторов

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Те же характеристики для транзистора с идуцированным каналом:
Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистораЧто такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Экзотические МДП-структуры

Чтобы не запутывать изложение, хочу просто посоветовать ссылки, по которым о них можно почитать. В первую очередь, это всеми любимая википедия, раздел «МДП-структуры специального назначения». А здесь теория и формулы: учебное пособие по твердотельной электронике, глава 6, подглавы 6.12-6.15. Почитайте, это интересно!

Общие параметры полевых транзисторов

Схемы включения

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Как и биполярный, полевой транзистор можно рассматривать как четырехполюсник, у которого два из четырех контактов совпадают. Таким образом, можно выделить три вида схем включения: с общим истоком, с общим затвором и с общим стоком. По характеристикам они очень похожи на схемы с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором для биполярных транзисторов.
Чаще всего применяется схема с общим истоком (а), как дающая большее усиление по току и мощности.
Схема с общим затвором (б) усиления тока почти не дает и имеет маленькое входное сопротивление. Из-за этого такая схема включения имеет ограниченное практическое применение.
Схему с общим стоком (в) также называют истоковым повторителем. Ее коэффициент усиления по напряжению близок к единице, входное сопротивление велико, а выходное мало.

Отличия полевых транзисторов от биполярных. Области применения

Где применяются полевые транзисторы? Да практически везде. Цифровые и аналоговые интегральные схемы, следящие и логические устройства, энергосберегающие схемы, флеш-память… Да что там, даже кварцевые часы и пульт управления телевизором работают на полевых транзисторах. Они повсюду, %хабраюзер%. Но теперь ты знаешь, как они работают!

Источник

Сайт инженера Задорожного С.М.

Статические параметры полевого транзистора: теория и практика

Интерес к статическим параметрам полевого транзистора с p-n-переходом на затворе, таким как начальный ток стока и напряжение отсечки, проявляется чаще всего инженерами и радиолюбителями либо как к приводимым в справочниках характеристикам для сравнения транзисторов различных типов, либо в связи с подбором близких по параметрам транзисторов для дифференциального каскада. В настоящей статье речь пойдёт об использовании статических параметров при расчёте схем на полевых транзисторах.

На рис.1. приведено условное графическое обозначение полевого транзистора с n-каналом и управляющим p-n-переходом на затворе:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Рис.1 Условное графическое обозначение полевого с n-каналом и p-n-переходом на затворе.

Обозначение его выводов соответственно следующее:

G (Gate) — затвор;
S (Source) — исток;
D (Drain) — сток.

Основными статическими параметрами полевого транзистора с p-n-переходом на затворе являются начальный ток стока и напряжение отсечки. Начальный ток стока полевого транзистора определяется как ток, протекающий через его канал при заданном постоянном напряжении сток-исток и равном нулю напряжении затвор-исток. В англоязычной технической документации этот параметр обозначают как IDSS.

Напряжение отсечки — это такое пороговое значение напряжения затвор-исток, по достижении которого ток через канал полевого транзистора уже не изменяется и практически равен нулю. Его также измеряют при фиксированном значении напряжения сток-исток и в англоязычной документации обозначают как VGS(off) или реже как Vp.

В качестве усилительного элемента полевой транзистор работает при достаточно большом напряжении сток-исток VDS — на графике семейства выходных характеристик транзистора это значение напряжения расположено в области насыщения. Это значит, что величина тока через канал полевого транзистора, — ток стока ID, — зависит в основном лишь от величины напряжения затвор-исток VGS. Эту зависимость тока стока полевого транзистора ID от входного напряжения затвор-исток VGS описывает так называемая передаточная характеристика транзистора. Для транзисторов с управляющим p-n-переходом её обычно аппроксимируют следующим выражением:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Таким образом ток стока полевого транзистора с изменением напряжения на его затворе изменяется по квадратичному закону. Графически эту зависимость иллюстрирует приведенная на рис.2 диаграмма:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

В таком изменении тока стока ID с изменением напряжения затвор-исток VGS и проявляются усилительные свойства полевого транзистора. Количественно эти свойства характеризует такой его параметр как крутизна, определяемая как:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Понятно, что значение крутизны, выраженное через статические параметры полевого транзистора IDSS и VGS(off), можно получить дифференцируя выражение для передаточной характеристики (1) по dVGS:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

То есть для транзистора с известными значениями начального тока стока IDSS и напряжения отсечки VGS(off) при заданном напряжении затвор-исток VGS крутизну передаточной характеристики можно рассчитать по формуле:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

или, учитиывая равенство:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

получаем еще одно выражение для крутизны при заданном токе стока ID:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Установка рабочей точки

На рис.3 приведены основные схемы включения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом на затворе:

а) усилительный каскад с общим истоком;
б) истоковый повторитель;
в) двухполюсник — стабилизатор тока.

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Рис.3 Основные схемы включения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом на затворе.

Во всех этих схемах для установки требуемого значения тока стока ID служит включенный в цепь истока резистор RS. Потенциал затвора полевого транзистора равен потенциалу нижнего по схеме вывода этого резистора, поэтому ток стока ID, напряжение затвор-исток VGS и сопротивление RS элементарно связаны между собой законом Ома:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Расчет сопротивления RS для установки требуемого тока стока ID для полевого транзистора с известными значеними начального тока стока IDSS и напряжения отсечки VGS(off) также можно произвести на основании выражения для передаточной характеристики (1):

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

откуда получаем равенство:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Разделим обе части равенства (6) на RS и, с учётом выражения (5), получим:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Соответственно выражение для значения сопротивления RS примет следующий вид:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Исходя из приведенных математических выкладок логично предположить, что, измерив значения начального тока стока IDSS и напряжения отсечки VGS(off) — основных статических параметров полевого транзистора с управляющим p-n-переходом на затворе, — можно определить крутизну передаточной характеристики транзистора в заданной рабочей точке или установить рабочую точку транзистора так, чтобы получить требуемое значение крутизны, рассчитать параметры других элементов схемы, и пр. Но практические результаты чаще всего оказываются далеки от расчетных.

Такое несоответствие теории и практики отмечается и в ряде авторитетных публикаций на тему работы полевого транзистора. Так, например, в [1] один и тот же абзац содержит и утверждение о том, что передаточная характеристика полевого транзистора «достаточно точно определяется квадратичной зависимостью» в соответствии с формулой (1), и оговорку, что на практике с помощью прибора зафиксировать величину соответствующего напряжения отсечки VGS(off) очень трудно, и поэтому обычно измеряют напряжение затвор-исток Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзисторапри ID = 0,1·IDSS, а затем, подставив эти значения в формулу (1), вычисляют уже соответствующее ей значение напряжения отсечки по формуле:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

В [2] также отмечается, что измеренное значение напряжения отсечки VGS(off), при котором величина тока стока ID становится нулевой или равной нескольким микроамперам, «не всегда будет удовлетворять равенству (1), поэтому удобнее вычислять величину Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзисторакак функцию VGS и экстраполировать полученную прямую линию до значения тока ID=0″.

Поскольку речь идёт о наиболее точном определении передаточной характеристики полевого транзистора с управляющим p-n-переходом на затворе, то величина напряжения отсечки VGS(off) конкретного транзистора важна лишь как параметр в выражении (1), при котором это выражение наиболее соответствует реальной передаточной характеристике этого транзистора. То же самое можно сказать и о величине начального тока стока IDSS. Таким образом может оказаться, что прямое измерение статических параметров полевого транзистора особого практического смысла не имеет, поскольку эти параметры не описывают с достаточной точностью передаточную характеристику транзистора.

На практике при проектировании схем усилительных каскадов на полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом на затворе режим их работы никогда не выбирают таким, чтобы напряжение затвор-исток VGS было близким к напряжению отсечки VGS(off) или к нулю. Следовательно, нет никакой необходимости описывать передаточную характеристику (1) на всём её протяжении от ID=0 до ID=IDSS, достаточно сделать это для некоего рабочего участка от ID1=ID(VGS1) до ID2=ID(VGS2). Для этого решим следующую задачу.

Пусть путём измерения получены значения тока стока ID1 и ID2 соответственно для двух отстоящих друг от друга значений напряжения затвор-исток VGS1 и VGS2:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Решив систему уравнений (9) относительно значений начального тока стока Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистораи напряжения отсечки Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзисторамы получим более соответствующие реальной передаточной характеристике параметры формулы (1).

Сначала определим значение Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Для этого разделим второе уравнение на первое чтобы сократилось Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистораи получилось одно уравнение с одним неизвестным, которое решаем:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Таким образом искомое значение напряжения отсечки для формулы (1) определяется выражением:

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

А соответствующее значение начального тока стока Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзисторавычисляется путём подстановки полученного по формуле (10) значения напряжения отсечки Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзисторав следующее выражение, полученное из формулы (1):

Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора

Вычисленные по формулам (10) и (11) значения напряжения отсечки Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистораи начального тока стока Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзисторапосле подстановки в формулу (1) должны дать более точное соответствие этой формулы передаточной характеристике реального полевого транзистора. Чтобы это проверить были проведены контрольные измерения параметров двенадцати полевых транзисторов четырёх типов — по три транзистора каждого типа.

Порядок измерений для каждого транзистора был следующим. Сначала измерялись начальный ток стока IDSS и напряжение отсечки VGS(off) полевого транзистора. Затем были измерены значения напряжений затвор-исток VGS1 и VGS2 для двух соответствующих им значений тока стока ID1 и ID2, несколько отстоящих от нулевого значения при VGS=VGS(off) и начального тока стока IDSS. Подстановка VGS1, VGS2, ID1 и ID2 в формулы (10) и (11) давала искомые значения Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистораи Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Чтобы иметь возможность затем сравнить, какая же пара параметров полевого транзистора, — IDSS и VGS(off) или Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистораи Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора, — после подстановки в формулу (1) даёт более точное соответствие этой формулы передаточной характеристике реального полевого транзистора, ток стока полевого транзистора устанавливался примерно равным половине измеренного значения его начального тока стока IDSS, то есть где-то посередине передаточной характеристики транзистора, с последующим измерением соответствующего этому току напряжения затвор-исток. Полученные таким образом значения ID0 и VGS0 — это координаты произвольно выбранной рабочей точки полевого транзистора на его передаточной характеристике. Осталось подставить теперь значение VGS0 в формулу (1) сначала с парой параметров IDSS и VGS(off), а затем с Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистораи Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора, и сравнить оба вычисленных значения тока стока с измеренным ID0.

Результаты измерений параметров двенадцати полевых транзисторов приведены в таблице ниже.

ТранзисторИзмеренные значения статических параметровЗначения статических параметров по формулам
(10) и (11)

VGS0,
В

ID0,
мА
Значение тока стока ID, вычисленное по формуле (1) с параметрами
IDSS и VGS(off)
Значение тока стока I’D, вычисленное по формуле (1) с параметрами
I’DSS и V’GS(off)

IDSS,
мА

VGS(off),
В

I’DSS,
мА

V’GS(off),
В

ID,
мА

Ошибка,
%

I’D,
мА

Ошибка,
%
1КП303В2,95-1,232,98-1,35-0,401,521,33-12,51,47-3,6
2КП303В2,89-1,202,95-1,32-0,401,481,28-13,11,43-3,2
3КП303В2,66-1,162,70-1,24-0,361,411,26-10,21,35-3,8
42П303Е12,06-4,2612,73-4,90-1,496,495,09-21,56,16-5,2
52П303Е11,24-3,9411,69-4,50-1,376,064,79-20,95,67-6,5
62П303Е10,92-3,7711,26-4,31-1,295,914,73-20,05,53-6,3
72N381910,64-3,4710,76-3,91-1,085,905,05-14,45,64-4,4
82N381910,22-3,5110,29-3,90-1,065,734,98-13,15,46-4,8
92N381910,30-3,3810,46-3,80-1,075,674,81-15,25,40-4,8
102N4416A8,79-2,989,05-3,27-1,044,463,71-16,94,20-5,9
112N4416A10,10-3,2210,31-3,55-1,184,984,04-19,04,58-8,0
122N4416A10,92-3,9312,66-4,32-1,635,364,09-23,64,92-8,2

Выделенные цветом значения погрешностей говорят сами за себя. Если же сравнивать графики передаточной характеристики, подобные приведенному на рис.2, то линия, построенная по значениям (Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора; Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Смотреть картинку Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Картинка про Что такое напряжение отсечки полевого транзистора. Фото Что такое напряжение отсечки полевого транзистора), пройдёт гораздо ближе к точке (VGS0; ID0), чем построенная по измеренным значениями напряжения отсечки и начального тока стока (VGS(off); IDSS).

Результаты будут ещё более точными, если в качестве точек (VGS1; ID1) и (VGS2; ID2) взять границы более узкого отрезка передаточной характеристики полевого транзистора, на котором он будет работать в реальной схеме. Особо следует отметить, что данный метод определения статических параметров полевых транзисторов незаменим для транзисторов с большим начальным током стока, например для таких как J310.

©Задорожный Сергей Михайлович, 2012г., г.Киев

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *