12.2 Частотні властивості польових транзисторів

 

Для аналізу поведінки польових транзисторів на різних частотах використовують еквівалентну схему рисунка 12.4.

Рисунок 12.4 – Еквівалентна схема польового транзистора

 

У даній схемі враховано, що підкладка в ПТУП з’єднується з затвором, а в МДН – транзисторах – з витоком. Елементи  та  - це опори ділянки НП, які знаходяться між омічними контактами стоку, витоку й затвора. Елемент - середній розподільний опір каналу, через який заряджається і розряджається ємність між затвором і витоком . Елементи  і  - це опори ввімкнених у зворотному напрямі керувальних p-nпереходів у ПТУП, або опори між стоком і зватвором, затвором і витоком у МДН - транзисторах. Джерело струму  відображає процес керування вихідним струмом ПТ за допомогою вхідної напруги .  - внутрішній опір ПТ. Опори  та  у ПТУП становлять десятки Ом, у МДН - транзисторів – частки Ом. Опори  та  великі й для ПТУП становлять сотні кілоомів, а для МДН - транзисторів досягають значень  Ом. Значення ємностей  і становлять  (3-20) пФ, а ємність  не перевищує 10 пФ.

Частотні властивості ПТУП визначають здебільшого ділянкою  затвор – витік фрагмент схеми (рисунок 12.4) з елементами , , ). Вхідна змінна напруги   розподіляється між ємністю  і середнім опором каналу . Безпосередньою керувальною  напругою, під дією якої змінюються товщина p-nпереходу і ширина каналу, є напруга, прикладена до ємності  . При збільшенні частоти реактивний опір ємності  зменшується, що приводить до перерозподілу напруги  на елементах  та  і до зменшення керувальної]  напруги . Отже, при збільшенні частоти вхідної напруги підсилювальний ефект транзистора зменшується. Частоту, на якій

називають граничною частотою ПТУП  (частотою затвора).

                Тобто

=.                                      (12.12)

З формули (12.12) випливає, що гранична частота ПТУП залежить від напруги зміщення , оскільки від цієї напруги залежить товщина p-nпереходу, тобто  і .

Крім швидкості перезаряду ємності  (тобто сталої часу кола затвора ==1/), на частотні властивості ПТУП впливає час прольоту носіїв заряду через канал. Якщо час прольоту виявиться сумірним з періодом вхідного сигналу, то зміна струму стоку не встигає слідкувати за зміною керувальної  напруги на затворі, й динамічна крутизна ПТ зменшується. Але в реальних ПТУП довжина каналу дорівнює 5-10 мкм. Тому час прольоту виявляється значно меншим сталої часу затвора і його можна не враховувати.

Граничну частоту  МДН - транзисторів визначають за формулою

=              або         =,                             (12.13)

де  - крутизна приладу.

                Для МДН - транзистора, у якого =5 пФ і =5 мА/В, гранична частота =160 МГц.