Предыдущая страница реферата | 13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23 | Следующая страница реферата

При номинальном токе через транзистор напряжение насыщения стока Uсин =
Uо.

Примечание 1. Формулы, описывающие крутые и пологие участки вольт- амперных характеристик МОП-транзистора, справедливы для транзисторов, у которых концентрация примеси не превышает 1015см( 3. Если оговаривается более высокая концентрация примеси, то необходимо ввести поправочный коэффициент ( в формулу (3.9), описывающую крутую часть стоковой ВАХ.

[pic] (3.13) где [pic]

(пм ( контактная разность потенциалов между полупроводником и металлом; а ( коэффициент, характеризующий влияние объемного заряда в подложке,

[pic] где N ( концентрация примеси.

Как только напряжение на стоке достигнет значения насыщения Uсн, ток стока становится функцией лишь напряжения на затворе
([pic]) и напряжение насыщения

[pic]

(3.14)

Следовательно, для пологой части ВАХ при высокой концентрации примеси справедливо выражение

[pic]

(3.15)

Примечание 2. Проведенный анализ ВАХ МОП-транзистора справедлив для наиболее распространенного режима, когда исток транзистора соединен с подложкой. Если между подложкой и истоком приложено напряжение, то возможно
«двойное управление током», так как ток стока становится фактически функцией двух напряжений, и в этом случае в формулу (3.15) необходимо внести соответствующую поправку, которая учитывает возможность двойного управления током(

[pic]

Напряжение между подложкой и истоком Uпи берется по модулю. Как видно из последнего выражения, наличие напряжения между подложкой и истоком равносильно увеличению порогового напряжения.

Преимуществом МОП-транзисторов перед канальными является более высокое быстродействие, что объясняется меньшей длиной его канала.

Недостатком МОП-транзисторов в сравнении с канальными является наличие шумовых флуктуаций и нестабильность характеристик во времени. У канальных транзисторов этот недостаток отсутствует, так как у них канал отделен от поверхности обедненным слоем, что гарантирует отсутствие дефектов кристаллической решетки, загрязнений, поверхностных каналов ( все то, что у
МОП транзисторов является причиной шумовых флуктуаций и нестабильности характеристик.

3.4. Инженерные модели полевых транзисторов

3.4.1. Полевой транзистор с управляемым p-n-переходом

По правилам строгая эквивалентная схема канального транзистора предполагает использование модели с распределенными параметрами, так как области канала и затвора представляют собой распределенную RC-цепь. Однако расчеты, связанные с такой моделью, получаются неоправданно сложными, поэтому в инженерной практике используют эквивалентную схему с сосредоточенными параметрами (рис. 3.11). Схема дана без учета индуктивностей выводов полевого транзистора (ПТ), влияние которых проявляется в диапазоне частот свыше 300 мГц. В схеме:

S*(w) ( действующая крутизна транзистора;

Сзи, Сзс, Rзи, Rзc ( соответственно емкости и сопротивления обратносмещенного перехода; rзи и rзс ( омические сопротивления области затвора; rси ( дифференциальное сопротивление канала (его нередко называют внутренним сопротивлением); rс ( сопротивление области стока; rи ( сопротивление области истока.

С учетом практических областей использования ПТ эквивалентную схему можно упростить. Так, например, сопротивления Rзи, Rзc имеют величины
108(1010 Ом, поэтому учитывать их целесообразно только при использовании ПТ в схемах электрометрии. Влияние омических сопротивлений области затвора rзи и rзс (их величина не превышает 10(20 Ом) незначительно вплоть до предельной частоты генерации. Влияние дифференциального сопротивления канала в типовом для усилительных схем диапазоне частот (до 0,7 fг) на усилительные и частотные свойства ПТ может также не учитываться. Анализ и расчеты частотной зависимости крутизны ПТ показывают, что для современных
ПТ граничная частота крутизны превышает предельную частоту генерации транзистора в 2(5 раз, поэтому в типовом диапазоне использования ПТ зависимость крутизны ПТ от частоты может не учитываться: граничная частота крутизны определяется как частота, на которой

модуль крутизны уменьшается в [pic] по сравнению с его максимальным значением. На основании этих аргументов эквивалентная схема (рис. 3.11) может быть упрощена до вида (рис. 3.12).

[pic]

Рис. 3.12. Упрощенная эквивалентная схема полевого канального транзистора

Эта схема вполне пригодна для инженерных расчетов усилителей на ПТ и широко используется разработчиками электронной аппаратуры. В упрощенной схеме ПТ крутизна S ( реальная величина, измеренная в статическом режиме.

3.4.2. Полевой МОП-транзистор с изолированным затвором

В отличие от канального транзистора в МОП-транзисторе необходимо еще учитывать активное влияние подложки, которое в эквивалентной схеме для МОП- транзистора можно отразить в виде генератора тока. В реальных дискретных и интегральных схемах подложку обычно соединяют с истоком и тогда генератор тока можно исключить из схемы. Кроме того, сопротивления участков затвор(исток и затвор(сток в МОП-транзисторе учитывают сопротивление диэлектрика в области затвора. Входное сопротивление ПТ со стороны затвора составляет не менее 1014(1017 Ом, поэтому с этими сопротивлениями реально нужно считаться только в электрометрических схемах. На основании проведенного анализа в данной работе будет дана только упрощенная эквивалентная схема МОП-транзистора (рис. 3.13), используемая в типовых инженерных расчетах усилителей.

Крутизна по затвору в этой схеме предполагается не зависящей от частоты. Кроме того, в схеме отсутствует сопротивление участка
«подложка(сток» (Rпс), но оно так велико по сравнению с сопротивлением канала (rси), что с его шунтирующим действием можно не считаться.

Более подробное описание эквивалентных схем полевых транзисторов с объемным и приповерхностным каналами дано в [1].

[pic]

3.5. Полевые транзисторы в рабочем режиме

Принцип построения усилительных схем на полевых транзисторах практически не отличается от схем на биполярных транзисторах (входная, выходная цепи, цепи автосмещения, цепи обратной связи и т.д.).
Принципиальной разницей является отсутствие входных токов у полевого транзистора, поэтому схемы автосмещения построены таким образом, чтобы эти токи не появились. Входные сопротивления усилителей на полевых транзисторах очень велики, поэтому там, где стоит вопрос о согласовании низкоомной нагрузки с высокоомной, полевые транзисторы имеют явное преимущество перед биполярными; это, конечно, не значит, что у биполярных транзисторов нет преимуществ перед полевыми.

3.5.1. Схемы включения полевых транзисторов в рабочем режиме

Полевые транзисторы, как и биполярные, имеют три основные схемы включения ( с общим истоком (ОИ), с общим стоком (ОС), с общим затвором
(ОЗ), но эта схема в реальной практике не получила распространения.

На рис. 3.14 дана основная схема усилителя мощности на полевом канальном транзисторе с ОИ. Эта схема ( лучший усилитель мощности, так как она усиливает и по току и по напряжению.

[pic] (3.16)

[pic] (3.17)

[pic]

(3.18)

Кроме того, схему с ОИ можно использовать в качестве фазоинвертора: фазу входного сигнала схема с ОИ на выходе меняет на противоположную.

На рис. 3.15, а приведена схема на полевом транзисторе со стопроцентной
ОС по току ( истоковый повторитель.

[pic]

Рис. 3.14. Схема усилительного каскада на полевом транзисторе с ОИ

[pic] [pic]

По схеме замещения (рис. 3.15, б) хорошо видно, что усиления по напряжению в схеме нет: напряжение на выходе меньше входного; коэффициент передачи напряжения в истоковом повторителе со входа на выход еще меньше, чем в эмиттерном повторителе (0,5(0,7)

[pic] (3.19)

Не усиливая по напряжению, схема истокового повторителя хорошо усиливает по току, поэтому она может быть использована в качестве усилителя мощности.

Главным достоинством схемы с ОС является ее высокое входное сопротивление, которое объясняется тем, что в схеме усилителя действует 100- процентная отрицательная обратная связь по переменной составляющей тока.
Имея большое входное и малое выходное сопротивления, схема истокового повторителя широко применяется для согласования высокоомной нагрузки с низкоомной, например, во входных цепях измерительных вольтметров, осциллографов.

4. Основы цифровой схемотехники

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: изложение материала, культурология, сочинения по литературе.





Предыдущая страница реферата | 13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23 | Следующая страница реферата