В пологой области статические характеристики идеального ПТ любого типа описываются уравнением:
, (2.1)
где ? – постоянный коэффициент, зависящий от конструкции транзистора и свойств материала, из которого транзистор изготовлен.
Значение ? можно выразить через параметры ПТ так, например, в случае ПТ с p-n-переходом и МДП-транзисторов со встроенным каналом:
, (2.2)
где IС0 – ток насыщения стока при UЗИ=0.
В случае использования ПТ с индуцированным каналом:
, (2.3)
где IC – ток насыщения стока, измеренный при входном напряжении UЗИ = 2U0.
Дифференцируя (2.1) находим, что крутизна характеристики тока стока по напряжению на затворе у идеального ПТ является линейной функцией напряжения затвор-исток UЗИ:
. (2.4)
Характеристики реального ПТ с p-n-переходом отличаются от идеализированных из-за несовершенства технологии изготовления, наличия немодулированных сопротивлений стока и истока, зависимости подвижности носителей от потенциалов, прикладываемых к электродам ПТ. У МДП-транзисторов дополнительное влияние на характеристики оказывают поверхностные состояния, эффекты поверхностного рассеивания, состояние подложки. Оценить величину отклонения реальных характеристик S = f(UЗИ) в пологой области (UСИU0) от идеализированной можно с помощью рисунка 2.6.
При малых напряжениях затвор-исток через канал протекают значительные тока, создающие на модулированном сопротивлении истока падение напряжения, которое действует как напряжение отрицательной обратной связи, уменьшая изменение крутизны. Это наиболее заметно у мощных ПТ, типа КП903 (кривая 1 на рисунке 2.6). При напряжении на затворе, близком к запиранию, наблюдается резко выраженное отклонение реальной характеристики от идеализированной, обусловленное неоднородностью канала и идентичностью элементарных ячеек, образующих мощный ПТ.
Характеристика прибора простой конструкции типа КП101В (кривая 4), состоящего из одной элементарной ячейки наиболее близка к идеализированной. Для ПТ, имеющих характеристики, близкие к квадратичной параболе, нетрудно вывести аналитические выражения для расчета нелинейных искажений.
Пусть на вход ПТ апериодического усилителя подается сигнал:
, (2.5)
где UЗ0 – напряжение смещения.
Подставляя выражение (2.5.) в (2.1.) определим выходной ток ПТ:
. (2.6)
Из уравнения (2.6) определим коэффициент гармоник:
. (2.7)
Выразив U0-UЗ0 через другие параметры ПТ, выражение для коэффициента гармоник можно записать в следующей форме:
. (2.8)
Для транзисторов с p-n-переходом и МДП-транзисторов со встроенным каналом уравнение (2.7) можно записать в виде:
. (2.9)
Из уравнения (2.4) видно, что у идеального ПТ отсутствуют производные крутизны выше первой (S?, S?? и т.д.), обуславливающие специфические искажения селективных усилителей (вторичную модуляцию, перекрестные искажения, нелинейные искажения огибающих и т.д.). Покажем, что одной из причин появления у реального ПТ производных крутизны любого порядка является наличие немодулированного сопротивления истока rИ.
Как следует из эквивалентной схемы, для области средних частот приведенной на рисунке 2.5 реальным ПТ управляет напряжение:
. (2.10)
Рис. 2.5. Модель регулятора с изменением крутизны
Лекция 82. Полевой транзистор.
