рис. 1.89Кратко охарактеризуем различные схемы включения полевого транзистора и рассмотрим его характеристики и параметры.

Схемы включения транзистора.

Для полевого транзистора, как и для биполярного, выделяют три схемы включения. Для полевого транзистора это схемы с общим затвором (ОЗ), общим истоком (ОИ) и общим стоком (ОС). Наиболее часто используются схемы с общим истоком.

Для понимания особенностей работы некоторого электронного устройства очень полезно уметь относить конкретное решение к той или иной схеме включения (если схема такова, что это в принципе возможно).

Моделирующие программы при замене транзистора математической моделью никак не учитывают способ включения транзистора. Важно понять, что если даже на стадии разработки математической модели имеет место ориентация на конкретную схему включения, то на стадии использования эта модель должна правильно моделировать транзистор во всех самых различных ситуациях.

При объяснении влияния напряжения uис на ширину p-n-перехода фактически использовалась схема с общим истоком (см. рис. 1.87) (Статья 1 Устройство и основные физические процессы). Рассмотрим характеристики, соответствующие этой схеме (что общепринято).

Так как в рабочем режиме iз = 0, iu ~ iс, входными характеристиками обычно не пользуются. Например, для транзистора КП10ЗЛ, подробно рассматриваемого ниже, для тока утечки затвора iз ут при t < 85°С выполняется условие iз ут < 2 мкА.



Изобразим схему с общим истоком (рис. 1.89).

Выходные (стоковые) характеристики.

Выходной характеристикой называют зависимость вида

iс = f (uис)| uзи = const

где f — некоторая функция.

Изобразим выходные характеристики для кремниевого транзистора типа КП10ЗЛ с p-n-переходом и каналом p-типа (рис. 1.90).

рис. 1.90

Обратимся к характеристике, соответствующей условию uзи = 0. В так называемой линейной области (uис < 4 В) характеристика почти линейна (все характеристики этой области представляют собой почти прямые линии, веерообразно выходящие из начала координат). Она определяется сопротивлением канала. Транзистор, работающий в линейной области, можно использовать в качестве линейного управляемого сопротивления.

При uис = 3 В канал в области стока перекрывается. Дальнейшее увеличение напряжения приводит к очень незначительному росту тока ic, так как с увеличением напряжения область, в которой канал перекрыт (характеризующаяся очень большим удельным сопротивлением), расширяется. При этом сопротивление на постоянном токе промежутка исток-сток увеличивается, а ток ic практически не изменяется.

Ток стока в области насыщения при uзи = 0 и при заданном напряжении uис называют начальным током стока и обозначают через iс нач. Для рассматриваемых характеристик iс нач = 5 мА при uис = 10 В. Для транзистора типа КП10ЗЛ минимальное значение тока iс нач равно 1,8 мА, а максимальное — 6,6 мА. При uис > 22 В возникает пробой p-n-перехода и начинается быстрый рост тока.

Теперь кратко опишем работу транзистора при различных напряжениях uзи. Чем больше заданное напряжение uзи, тем тоньше канал до подачи напряжения uис и тем ниже располагается характеристика.

Как легко заметить, в области стока напряжение на p-n-переходе равно сумме uзи + uис. Поэтому чем больше напряжение uзи, тем меньше напряжение uис, соответствующее началу пробоя.

Когда uзи = 3 В, канал оказывается перекрыт областью p-n-перехода уже до подачи напряжения uис. При этом до пробоя выполняется условие ic = 0. Таким образом, uзи отс = 3 В.

Для рассматриваемого типа транзистора минимальное напряжение отсечки +2 В, а максимальное +5 В. Эти величины соответствуют условию ic = 10 мкА. Это так называемый остаточный ток стока, который обозначают через ic отс.

Полевой транзистор характеризуется следующими предельными параметрами (смысл которых понятен из обозначений): uис макс, uзс макс, Pмакc.

Для транзистора КП10ЗЛ  uис макс = 10 В, uзс макс  = 15 В, Pмакc = 120 мВт (все при t = 85°С).

Графический анализ схем с полевыми транзисторами.

Для лучшего уяснения принципа работы схем с полевыми транзисторами полезно провести графический анализ одной из них (рис. 1.91).

рис. 1.91

Пусть Ес = 4 В; определим, в каких пределах будет изменяться напряжение uис при изменении напряжения uзи от 0 до 2 В.

При графическом анализе используется тот же подход, который был использован при анализе схем с диодами и биполярными транзисторами. Для рассматриваемой схемы, в которой напряжение между затвором и истоком равно напряжению источника напряжения uзи, нет необходимости строить линию нагрузки для входной цепи. Линия нагрузки для выходной цепи задается выражением

Ес = iс · Rс + uис

Построим линию нагрузки на выходных характеристиках транзистора, представленных на рис. 1.92.

рис. 1.92

Из рисунка следует, что при указанном выше изменении напряжения uзи напряжение uис будет изменяться в пределах от 1 до 2,6 В, что соответствует перемещению начальной рабочей точки от точки А до точки В. При этом ток стока будет изменяться от 1,5 до 0,7 мА.

Стокозатворные характеристики (характеристики передачи, передаточные, переходные, проходные характеристики). Стокозатворной характеристикой называют зависимость вида

iс = f(uзи) | uис = const

где f — некоторая функция.

Такие характеристики не дают принципиально новой информации по сравнению с выходными, но иногда более удобны для использования. Изобразим стокозатворные характеристики для транзистора КП10ЗЛ (рис. 1.93).

рис. 1.93

Для некоторых транзисторов задается максимальное (по модулю) допустимое отрицательное напряжение uзи, например, для транзистора 2П103Д это напряжение не должно быть по модулю больше чем 0,5 В.

Параметры, характеризующие свойства транзистора усиливать напряжение.

Крутизна стокозатворной характеристики S (крутизна характеристики полевого транзистора):

S = | diс / duзи | uзи – заданное, uис = const

Обычно задается uзи = 0. При этом для транзисторов рассматриваемого типа крутизна максимальная. Для КП10ЗЛS = 1,8...3,8 мА/В при uис = 10 В, uзи = 0, t = 20°С.

Внутреннее дифференциальное сопротивление Rис диф (внутреннее сопротивление)

Rисдиф = (duис / diс) | uисзаданное, uзи = const

Для КП10ЗЛ  Rис диф = 25 кОм при uис = 10 В, uзи =0.

● Коэффициент усиления

M = (duис / duзи) | uзизаданное, iс = const

Можно заметить, что

M = S · Rис диф

Для КП10ЗЛ при S = 2 мA/B и Rис диф = 25 кОм  М = 2 (мА/В) · 25 кОм = 50.

● Инверсное включение транзистора. Полевой транзистор, как и биполярный, может работать в инверсном режиме. При этом роль истока играет сток, а роль стока — исток.

Прямые (нормальные) характеристики могут отличаться от инверсных, так как области стока и истока различаются конструктивно и технологически.

● Частотные (динамические) свойства транзистора. В полевом транзисторе в отличие от биполярного отсутствуют инжекция неосновных носителей и их перемещение по каналу, и поэтому не эти явления определяют динамические свойства. Инерционность полевого транзистора определяется в основном процессами перезаряда барьерной емкости p-n-перехода. Свое влияние оказывают также паразитные емкости между выводами и паразитные индуктивности выводов.

В справочных данных часто указывают значения следующих дифференциальных емкостей, которые перечислим ниже:

-         входная емкость Сзи — это емкость между затвором и истоком при коротком замыкании по переменному току выходной цепи;

-         проходная емкость Сзс — это емкость между затвором и стоком при разомкнутой по переменному току входной цепи;

-         выходная емкость Сис — это емкость между истоком и стоком при коротком замыкании по переменному току входной цепи.

Для транзистора КП10ЗЛ  Сзи < 20 пФ, Сзс << 8 пФ при uис = 10 В и uзи = 0.

Крутизну S, как и коэффициент B биполярного транзистора, в ряде случаев представляют в форме комплексного числа S. При этом, как и для коэффициента B, определяют предельную частоту fпpед. Это та частота, на которой выполняется условие:

| Ś | = 1 / √2 · Sпт

где Sпт — значение S на постоянном токе.

Для транзистора КП103Л данные по fпpед в использованных справочниках отсутствуют, но известно, что его относят к транзисторам низкой частоты (предназначенным для работы на частотах до 3 МГц).


Рекомендуйте эту статью другим!



нояб 07, 2012 6626

Топливно-энергетический комплекс Российской Федерации, его значение и характеристика

Топливно-энергетический комплекс представляет собой сложную систему - совокупность…
volt
март 30, 2017 1429

Напряжение в 1 Вольт, физический смыл, простое определение

И сложно и просто: что такое напряжение в 1 вольт? Напряжение электрического тока –…
передача постоянного тока 1
нояб 02, 2013 4804

Передача постоянного тока

Интерес к передачам постоянного тока в России имеет свою давнюю историю. Построены ППТ…
июнь 20, 2013 4627

Преимущества асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, формулы, перечень

Основные преимущества использования асинхронных электродвигателей (АД) с короткозамкнутым…
aes 1
март 19, 2017 630

Атомные электростанции (АЭС), принцип работы, разновидности, типы, мощность

АЭС являются тепловыми станциями, использующими тепловую энергию ядерных реакций.…