Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Эквивалентные схемы полевых транзисторов



 

Эквивалентная физическая схема полевого транзистора для области низких частот представлена на рис.3.

 

 

Рис. 3 Физическая эквивалентная схема полевого транзистора

 

Здесь ra, rc – объёмные сопротивления между концами канала и контактами истока и стока соответственно. На низких частотах влиянием rc можно пренебречь по сравнению с большим дифференциальным сопротивлением канала ri. Сопротивление rи общее для входной и выходной цепи, является сопротивлением внутренней обратной связи в полевом транзисторе, включённом по схеме с общим истоком. Генератор тока отражает усилительные свойства транзистора. Приведённая эквивалентная схема является универсальной. Для полевого транзистора с управляющим переходом ёмкости Сзи, Сзс и сопротивления rзи, rзc замещают p-n–переход. А в МДП–транзисторе, в связи с тем, что затвор изолирован от проводника диэлектриком, активные дифференциальные сопротивления rзи, rзc оказываются очень большими. Поэтому ими пренебрегают по сравнению с параллельно включёнными сопротивлениями. Можно пренебречь также очень малыми сопротивлениями rи, и rc сильно легированных областей истока и стока.

Так как входные и выходные сопротивления полевых транзисторов велики, то удобнее пренебречь и задавать комплексные параметры проводимостей его формальной эквивалентной схеме (рис.4). В режиме малого сигнала для схемы с общим истоком токи и напряжения на выходах полевого транзистора соответствует характеристическим уравнениям четырёхполюсника.

Рис.4. Формальная эквивалентная схема полевого транзистора (Y–параметры)

 

Y–параметры определяются при режимах короткого замыкания по переменному току на выходе и входе транзистора.

 

 

Можно определить связь элементов эквивалентной схемы с Y– параметрами. Пренебрегая, rи, rc, имеем:

 

 

Все эти параметры зависят от значений постоянных смещений на электродах полевого транзистора. В усилительной технике используются пологие участки ВАХ. Этой области соответствуют наименьшие нелинейные искажения сигналов и оптимальные значения малосигнальных параметров. Наиболее важные из них – крутизна управления по току S, внутреннее сопротивление

и собственный коэффициент усиления транзистора

Частотный предел и быстродействие полевых транзисторов ограничиваются постоянной времени τ = Cзк rк, где Cзк– распределённая ёмкость затвора относительно канала, rк– сопротивление канала. Предельная рабочая частота транзистора

Модели полупроводниковых приборов

Модели полупроводниковых приборов, как правило, нелинейные, можно сформировать двумя способами. При первом (физическом) способе проводят анализ электрических процессов, происходящих в структуре полупроводникового прибора, выражают токи и напряжения на электродах прибора в соответствии с процессами, происходящими в нем, что, собственно, и дает ВАХ прибора. Полученную модель представляют базовыми моделями резисторов, индуктивностей и емкостей, зависимыми и независимыми источниками тока и напряжения, добавив реактивные компоненты, соответствующие свойствам конструктивного оформления прибора, получают полную модель, причем в нее входят параметры структуры прибора и его корпуса.

При втором подходе используется ВАХ прибора, которая известна или снята экспериментально. ВАХ аппроксимируется с заданной точностью на том участке, на котором предполагается работа прибора. При этом модель будет содержать некоторые эмпирические коэффициенты, не связанные с реальной физической структурой прибора. При втором подходе за основу может быть принята также некоторая графическая модель.

Рассмотрим Модель полевого транзистора.

Модель полевого транзистора

 

Полевые транзисторы - приборы, в которых используются эффекты изменения параметров полупроводника при воздействии на него электрического поля. Полевые транзисторы по принципу действия подразделяют на приборы с управляющим pn-переходом, МДП-транзисторы, МДП-транзисторы с вертикальным каналом. Рассмотрим принцип работы МДП-транзистора (рис. 1.47):

При подаче на затвор положительного потенциала достаточной величины происходит инверсия проводимости в приповерхностном слое полупроводника подложки, в результате чего образуется канал n-типа, проводимость которого зависит от величины приложенного напряжения Таким образом, величина тока стока полевого транзистора оказывается зависящей от величины напряжения затвор-исток.

Более детальное рассмотрение процессов в транзисторе приводит к тому, что ток стока зависит от напряжения сток-исток и вследствие эффекта перекрытия канала, вблизи области стока, таким образом, в целом полевой транзистор в статике представляется нелинейным источником тока вида: iс (Uзи, Uси). Полная модель полевого транзистора для не очень высоких частот может быть представлена в виде рис. 1.48.

Здесь Cзи, Сзс, Сси - нелинейные, вообще говоря, емкости, образованные перекрытием затвора с областями стока и истока, а также емкостями выводов контактов стока и истока.

Нелинейную ВАХ источника тока можно аппроксимировать с достаточной точностью следующим выражением:

где S, b < 0, p > 0 – параметры аппроксимации.

Для новой разновидности МДП-транзисторов – полевых приборов с вертикальной структурой характерен перегиб передаточных вольт-амперных характеристик. При этом аппроксимация ВАХ оказывается более точной в следующем виде, k> 0:

В схемотехнических САПР (PSPICE, MICROCAP) используется модель Шихмана-Ходжеса:

 

1 Расчет входной и выходной характеристики транзистора с использованием модели Молла – Эберса.

 

1.1 Расчет и построение выходных характеристик транзистора

Исходные данные:

ä q = 1, 6*10 –19 Кл – заряд электрона;

ä ni = 1, 5*1010 см –3 – концентрация, при температуре 300 К;

ä А = 1*10 –6 см2 – площадь p-n перехода;

ä Дnк = 34 см2/с – коэффициент диффузии электронов в коллекторной области;

ä Дрб = 13 см2/с – коэффициент диффузии дырок в базовой области;

ä Ln = 4.1*10 –4 м – диффузионная длина электрона;

ä UТ = 25, 8 мВ – температурный потенциал при температуре 300 К;

ä Wб = 4, 9 мм – ширина базовой области;

ä Nдб = 1, 1*1016 см –3 – донорная концентрация в базовой области;

ä Nак = 3*1017 см –3 – акцепторная концентрация в коллекторной области;

 

(1.1)

 

UЭ – const

 

-UК = 0; 0.01; 0.05; 0.1; 1; 1.5; 2; 3; 4; 5;

 

Находим значение IК, затем меняя UЭ, при тех же значениях UК находим значения тока.

 

Таблица 1.1 – Значения IК при разных значениях UЭ

 

IК при UЭ = 0 В IК при UЭ =0.005 В IК при UЭ = 0.01 В IК при UЭ =0.015 В IК при UЭ = 0.02 В
8.429e-3 5.598e-3 0.021 0.029 0.039
0.023 0.014 0.035 0.043 0.053
6.749 0.028 0.038 0.046 0.056
0.026 0.032 0.039 0.047 0.057
0.026 0.032 0.039 0.047 0.057
0.026 0.032 0.039 0.047 0.057
0.026 0.032 0.039 0.047 0.057
0.026 0.032 0.039 0.047 0.057
0.026 0.032 0.039 0.047 0.057

 


 

По полученным данным построим график зависимости представленный на рисунке 1.1

 

Рисунок 1.1 – Выходная характеристика транзистора

 

1.2 Расчет и построение входных характеристик транзистора

(1.2)

 

UЭ = 0; 0.01; 0.02; 0.03; 0.04; 0.05; 0.06; 0.07; 0.08; 0.09

 

UК – const

 

Таблица 1.2 – Значения тока эмиттера при различных значениях UЭ

 

IЭ при UК = 0 В IЭ при UК = - ¥ В IЭ при UК = 0.03 В
-0.026 0.057
-0.012 -0.039 0.045
-0.031 -0.057 0.027

Продолжение таблицы 1.2

-0.057 -0.084 -3.552e-10
-0.097 -0.123 -0.039
-0.154 -0.181 -0.097
-0.239 -0.265 -0.182
-0.363 -0.390 -0.306
-0.546 -0.573 -0.489
-0.815 -0.841 -0.758

 

Для построения входной характеристики нужны значения тока базы

IБ = -(IЭ + IК ) (1.3)

 

Таблица 1.3 – Значения тока базы

 

 

IБ [мА]
0.021 -0.070
3.954e-3 0.025 -0.066
8.033e-3 0.029 -0.062
0.031 0.052 -0.038
0.070 0.091 4.754e-4
0.128 0.149 0.058
0.213 0.233 0.143
0.337 0.358 0.267
0.520 0.541 0.450
0.788 0.809 0.719

 

 

По значениям токов и напряжений построим зависимость тока базы от напряжения UБЭ представленную на рисунке 1.2.

 

Рисунок 1.2 – Входные характеристики транзистора

 

 


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-04-12; Просмотров: 1318; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.036 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь