Parametrii statice ale FET: teorie și practică
Interesul în parametrii statici ai efectului câmpului tranzistor cu o joncțiune pn de poarta, cum ar fi fluxul inițial de curent și tensiune cut-off, manifestată mai ales ingineri și radio amatori sau date în manuale pentru compararea performanței diferitelor tipuri de tranzistori, sau în legătură cu selectarea parametrilor similari de tranzistori pentru etapa diferențial. În acest articol ne vom concentra pe utilizarea parametrilor statici în FET scheme de calcul.
Figura 1. dat condițional grafic câmp desemnare efect tranzistor cu canal n și joncțiune de control p-n a porții:
Ris.1Uslovnoe câmp simbol grafic cu canal n și p-n-tranziție a porții.
Marcarea concluziile sale în consecință, după cum urmează:
G (Poarta) - gate;
S (Source) - sursă;
D (Evacuare) - scurgerile.
Principalii parametri ai efectului câmpului static tranzistor cu p-n joncțiune poarta sunt tensiunea inițială și cutoff curent de scurgere. Curentul inițial de scurgere a FET este definită ca curentul care curge prin canalul său la o anumită tensiune constantă de scurgere-sursă este zero, iar tensiunea de poarta-sursă. În documentația tehnică în limba engleză, această opțiune este menționată ca IDSS.
tensiune prag - este valoarea de prag a tensiunii de poarta-source la care curentul prin canalul FET nu se schimbă și este aproape de zero. Este, de asemenea, măsurată la o valoare fixă de tensiune de scurgere-sursă și în documentul limba engleză este notat ca VGS (off) sau mai puțin ca Vp.
Deoarece elementul de amplificare FET este operat la o mare tensiune suficient de VDS drena-sursa - graficul familiei caracteristicilor de ieșire ale tranzistorului este dispusă în zona de saturație de tensiune. Acest lucru înseamnă că curentul prin canalul FET - scurgere ID-ul curent. - aceasta depinde în mod esențial numai de mărimea tensiunii de poarta-sursa VGS. Această dependență de golire ID-ul curent al FET tensiune poarta-sursa VGS de intrare descrie așa-numita caracteristica de transfer tranzistor. Pentru tranzistori cu un control p-n joncțiune de obicei este aproximat prin următoarea expresie:
Astfel, curentul de scurgere a FET cu variația de tensiune la poarta ei se schimbă quadratically. Grăitor această dependență este ilustrată în diagrama din figura 2:
aproximare Ris.2.Primer în funcție de scurgere ID curent față de tensiune poarta-sursa VGS a funcției pătratice cu un purjor inițial curent IDSS = 9,5 mA și o tensiune cut-off VGS (off) = -2,8 V.
Această modificare în scurgere ID-ul curent, cu o schimbare de tensiune poarta-sursa VGS și proprietățile de amplificare vădite de FET. Cantitativ, aceste proprietăți caracterizează acest parametru ca prăvăliș său, definit ca:
Se înțelege că valoarea pantei, exprimată în funcție de parametrii statici IDSS ai FET și VGS (off). poate fi obținută prin diferențierea expresiei pentru caracteristicile de transfer (1) pe dVGS:
Aceasta este, pentru un tranzistor cu valorile cunoscute ale inițiale de scurgere curent IDSS și cutoff tensiune VGS (off) pentru o tensiune dată poarta-sursă pantă VGS caracteristică de transfer poate fi calculat prin formula:
sau uchitiyvaya egalitate:
obținem o altă expresie pentru panta de la un canal de scurgere specificat ID-ul curent:
Setarea punctului de funcționare
Figura 3 prezintă circuitul principal de comutare FET cu un control p-n joncțiune a porții:
a) amplificarea etapă cu o sursă comună;
b) un adept sursă;
c) cu doi poli - stabilizator de curent.
Circuit Ris.3Osnovnye comutare FET pentru a controla p-n-tranziție la poarta.
În toate aceste scheme pentru stabilirea valorii dorite a scurgere ID-ul curent este inclus în circuitul sursei rezistor RS. efect de câmp potențial tranzistor poarta este egal cu potențialul pe ieșirea circuitului inferior acest rezistor, astfel încât de scurgere ID-ul curent. tensiune poarta-sursa VGS și RS rezistența elementară interconectate prin legea lui Ohm:
Calculul rezistentei RS pentru setarea de scurgere dorit ID-ul curent al FET cu valoarea cunoscută scurgere inițială curent IDSS și cutoff tensiune VGS (off), de asemenea, pot fi produse pe baza expresiei pentru caracteristica de transfer (1):
din care se obține:
Impartind ambele părți ale (6) din RS și, ținând cont de expresia (5). obținem:
Prin urmare, expresia valoarea rezistenței RS ia forma:
Teoria și practica
Pornind de calcule matematice de mai sus logic să presupunem că, prin măsurarea valorii inițiale și de scurgere curent IDSS tensiune cutoff VGS (off) - bază parametrii statici cu efect de câmp tranzistor cu un control de poarta pn joncțiune, - poate determina panta caracteristica de transfer a tranzistorului la un punct de funcționare dat sau set punctul de funcționare al tranzistorului, astfel încât să se obțină valoarea pantei dorită, se calculează parametrii celorlalte elemente de circuit, și așa mai departe. Dar rezultatele practice sunt în mare parte departe de valoare estimata s.
În [2] De asemenea, a constatat că valoarea măsurată a tensiunii cutoff VGS (off). în care magnitudinea de scurgere ID-ul curent devine zero sau egală cu câteva microamperi, „nu va satisface întotdeauna ecuația (1). Prin urmare, este mai convenabil să se calculeze valoarea funcției ca VGS, iar ca rezultat extrapolate linia dreaptă la valorile curente ID = 0“.
Deoarece aceasta este determinarea mai precisă a caracteristicilor de transfer ale FET la comandă p-n joncțiunii pe poarta, cut-off valoarea tensiunii VGS (off) a unui anumit tranzistor este importantă doar ca parametru în expresia (1). în care o expresie a celor mai corespunde cu caracteristica de transfer real al tranzistorului. Același lucru se poate spune despre amploarea scurgere IDSS inițial de curent. Astfel, se poate întâmpla ca măsurarea directă a parametrului static are puțin FET practic sens, deoarece acești parametri nu descriu cu suficientă precizie, caracteristica de transfer tranzistor.
În practică, atunci când proiectarea circuitelor amplificator etapelor FET la comandă p-n joncțiunii pe poarta modului de munca lor nu selectată, astfel încât tensiunea de poarta-source VGS a fost apropiată de tensiunea cut-off VGS (off) sau la zero. Prin urmare, nu este nevoie să descrie caracteristica de transfer (1), pe toată lungimea ei de la ID = 0 până la ID = IDSS. suficient pentru a face la o anumită secțiune de lucru a ID1 = ID (VGS1) la ID2 = ID (VGS2). Pentru a face acest lucru se va rezolva următoarea problemă.
Să presupunem că valoarea obținută prin măsurarea curentului de scurgere ID1 și ID2, respectiv, la două valori distanțați între tensiune poarta-sursa VGS1 și VGS2:
ecuațiile de rezolvare (9), în raport cu valoarea curentului de scurgere inițială și tensiunea de prag, obținem un transfer real de parametri caracteristici corespunzători cu formula (1).
Mai întâi vom defini valoarea. Pentru a face acest lucru, împărțim a doua ecuație a primii care taie și pentru a obține o ecuație cu o singură necunoscută, care este rezolvată:
Astfel, valoarea dorită a tensiunii de prag pentru formula (1) este dată de:
O valoare actuală inițială corespunzătoare se calculează prin substituirea fluxului obținută din formula (10), valoarea tensiunii cutoff în următoarea expresie obținută din formula (1):
Calculat prin formulele (10) și (11), valorile tensiunii cutoff și curentul de scurgere după înlocuire inițială în formula (1) ar trebui să dea o potrivire mai exactă a transferului real, caracteristica formulă a FET. Pentru testare au fost efectuate măsurători de control ale parametrilor doisprezece FETs patru tipuri - trei din fiecare tip de tranzistor.
Procedura de măsurare a fiecărui tranzistor este după cum urmează. În primul rând, am măsurat scurgere inițială curent IDSS și cut-off tensiune VGS (off) a FET. Apoi, valorile tensiuni poarta-sursa VGS1 și VGS2 au fost măsurate pentru două valori curente respective le Photo ID1 și ID2. mai multe distanțate de la zero la VGS = VGS (off) și de scurgere inițială curent IDSS. Schimbare VGS1. VGS2. ID1 și ID2 în formula (10) și (11) a dat valorile dorite și. Pentru a putea compara apoi ce perechea de parametri FET, - IDSS și VGS (off) sau ambele, - după înlocuirea în formula (1) oferă o potrivire mai exactă a formulei de transfer caracteristică real FET, curentul de scurgere a FET a fost stabilit aproximativ egal cu jumătate din valoarea măsurată a acestuia IDSS curent de scurgere inițial. adică undeva în mijlocul caracteristicii de transfer tranzistor, urmat de curentul de măsurare corespunzătoare tensiunii poarta-sursă. Valorile astfel obținute Id0 și VGS0 - coordonatele unui punct de lucru arbitrar al FET în caracteristica de transfer. VGS0're înlocuim acum valoarea în formula (1), cu o pereche de prime parametri IDSS și VGS (off). și apoi cu și să compare cele două valori calculate cu scurgere măsurat Id0 curent.
Rezultatele măsurătorilor douăsprezece FETs sunt prezentate în tabelul de mai jos.
Valorile măsurate ale parametrilor statici
Valorile de eroare evidenția de culoare vorbesc de la sine. Dacă vom compara grafica caracteristica de transfer, similar cu cel prezentat în Figura 2. linia construită de valori (;), care va avea loc mult mai aproape de punctul (VGS0; Id0), construite decât valorile tensiunii măsurate și cutoff inițial curent de scurgere (VGS (off); IDSS).
Rezultatele vor fi chiar mai precis, în cazul în care punctele (VGS1; ID1) și (VGS2, ID2), pentru a lua frontiera mai segment îngust al caracteristicilor de transfer ale FET, în care se va lucra într-un circuit de reală. Trebuie subliniat faptul că această metodă de determinare a parametrilor statici de FETs este esențială pentru tranzistori cu o mare curent fluxuri inițiale, de exemplu, cum ar fi J310.
- Bocharov, LN "FETs"; București, Editura „Radio și Comunicare“, 1984;
- Tietze U. K. Schenk "circuit design Semiconductor"; tradus din limba germană; București, Editura "Mir" 1982.