Выходные характеристики и параметры полевых транзисторов в области малых сигналов

На рис. 5.2 и 5.3 представлено семейство характеристик типового полевого транзистора с управляющим р- n-переходом в области малых сигналов. Можно заметить, что качественно эти характеристики подобны характеристикам биполярного транзистора.

При этом сток соответствует коллектору, исток-эмиттеру, а затвор-базе биполярного транзистора. Характери стики полевого транзистора отличаются от соответствующих характеристик п-р-п- транзистора рабочим диапазоном напряжения затвор-исток. Напряжение, при котором ток стока I_D принимает минимальное значение, называется пороговым напряжением U_p.

При величинах напряжений U_GS, больших U_p, передаточная характеристика транзистора, представленная на рис. 5.2, описывается уравнением

(5.1)

где I_DS - ток стока при U_GS = 0. На практике эта величина тока для полевого транзистора с управляющим р-n-переходом является предельной, так как положительных напряжений затвор-исток стараются избегать, чтобы не потерять преимуществ, обеспечиваемых малым током затвора.

Из выражения (5.1) следует, что ток стока при U_GS = Up должен равняться нулю. Фактически это равенство выполняется лишь приближенно. Поэтому правильнее было бы определить значение U_GS, при котором величина тока стока становится равной нескольким микроамперам. Полученное таким образом значение не всегда будет удовлетворять равенству (5.1), поэтому удобнее вычислить величину  как функцию U_GS и экстраполировать полученную прямую линию до значения тока

I_D=0.

Выражение (5.1) можно использовать также и для описания передаточных харак­теристик МОП-транзисторов, как нор­мально открытых, так и нормально закры­тых, если учесть знаки величин U_GS и U_p. Для нормально закрытых МОП-транзи­сторов в качестве величины I_DS использует­ся ток стока при U_GS=2U_р. Смысл этого становится ясным при сравнении переда­точных характеристик МОП-транзисторов обедненного и обогащенного типов на рис. 5.4 и 5.5. Напряжение затвор-исток для МОП-транзисторов может повышать­ся до величины напряжения пробоя оксид­ного слоя, составляющего около 50 В, поэтому ток стока таких транзисторов может значительно превышать величину I_DS.

По передаточной характеристике тран­зистора может быть определен такой его параметр, как крутизна:

Дифференцированием выражения (5.1) можно определить крутизну

(5.2)

Особый интерес представляет значение крутизны при обозначаемое через S_s . Для полевых транзисторов с управляю­щим p-n-переходом это максимальное значение крутизны. Из выражения (5.2) на­ходим

(5.3)

На рис. 5.3 представлены выходные ха­рактеристики полевого транзистора - гра­фики зависимости между  и  при различных фиксированных значениях . Характеристики имеют одинаковый вид как для нормально открытых, так и для нормально закрытых полевых транзисто­ров. При малых значениях  ток  воз­растает приблизительно пропорционально . Полевой транзистор в этой области режимов эквивалентен омическому сопро­тивлению, величина которого может упра­вляться напряжением . При напряже­ниях ниже точек перегиба

(5.4)

семейство выходных характеристик описы­вается выражением [5.2; 5.3]

Эта зона семейства выходных характеристик называется начальной зоной.

Зона семейства выходных характери­стик, находящаяся за точками перегиба, называется зоной сжатия. В этой зоне ток стока зависит только от напряжения U_GS и очень незначительно от U_DS, что соответ­ствует выражению (5.1). Остаточная зави­симость тока от напряжения U_DS характе­ризуется дифференциальным выходным со­противлением

Как и у биполярных транзисторов, диффе­ренциальное выходное сопротивление сни­жается при увеличении тока стока I_D , при­чем приблизительно обратно пропорцио­нально величине .