Запорожец  Издания 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 [ 187 ] 188 189 190 191 192 193

Полученный результат показывает, что если = О, то = = Ic/Va - g,e, а gc не зависит от Zg. С другой стороны, при больших Ze, таких, что {1с/Ут) = gmE > Р, проводимость коллектора будет примерно ограничена g = а соответствующее динамическое сопротивление коллектора = рУд с. Вследствие этих ограничений проводимость может быть очень небольшой, например если Уд = 200 В, /с = 1,0 мА, как и в предыдущем примере, а р = 100, то g, = /с/рУд = 1 мА/100-200 В == = 50 пСм, а соответствующее сопротивление == \/ge = 20 МОм.


Рж. Б.З. Выходные (коллекторные) характеристики ранзистора,

На рис. Б.З показаны коллекторные характеристики (выходные характеристики при включении транзистора по схеме с общим эмиттером), причем кривые 1с (Усе) приведены при разных значениях базового тока 1д. Наклон кривой /с (Усе) равен динамической проводимости коллектор-эмиттер gee = dIc/dycE ~ = c/Va- Если эти кривые экстраполировать влево от области активной работы и провести эти линии до пересечения с осью абсцисс, то все они пересекутся примерно в одной точке, которая соответствует напряжению - Уд.

В заключение интересно сравнить влияние напряжения база-эмиттер Уне и коллекторного напряжения (Усе или Уев) на коллекторный ток. Запишем равенство 4 = gmVbe + gceVae- Поскольку обе проводимости пропорциональны начальному току коллектора (gm = Ic/Vt и g, == Ic/Va), отношение gjgce ье зависит от /с, т. е. gm/gce = Уа1т- При Уд « 200 В и Уг = = 25 мВ это отношение принимает значение gmlgce ~ а/Ут (а 200 В/25 мВ = 8000. Таким образом, влияние входного напряжения Уве на коллекторный ток гораздо сильнее, чем выходного напряжения Усе- Это позволяет получать очень большие коэфф11-циенты усиления даже при использовании только одного транзисторного каскада, особенно при использовании активной нагрузки.



Прилсжения

Б.2. Передаточные проводимости полевых транзисторов.

У полевого транзистора с рп-переходом в области насыщения (активный режим), где \Vds ~ Vgs\P \Vp\, передаточная характеристика между током затвор-исток Iqs и напряжением затвор-исток Vgs примерно определяется выражением /д = = loss (1 - Vos/Vp) при О < j Vas К i Vp\, где Vp - напряжение отсечки, а Iss = Ids при Vgs = 0. Динамическая передаточная проводимость g,s или gm задается формулой

g,s = gm == dIos/dVos = loss/i-Vp) (1 - Vas/Vp). (Б.8) Это выралсение можно переписать в виде

gfs = gm = [2/W(-Kp)l (Ids/Idss)" =

= 2 iloss/Iusy /i-Vp) - gfsO (iDs/DSsf,

(Б.9)

где gfso = gmo = 2Ioss/{-Vp). Bee предыдущие уравнения справедливы как для /г-канальных, так и для р-канальных полевых транзисторов с р/г-переходом, а передаточные проводимости алгебраически положительны в обоих случаях.

У МОП-транзистора в области насыщения (активный режим), где \Vds\ t> \Vgs - Vt\ и VgsI &> i Vi\, передаточная характеристика /s (Vgs) примерно задается выражением /ds = K{Vas ~ V(), где К - постоянная с размерностью А/В, а Vi - пороговое напряжение открытия канала (не путать с тепловым напряжением). Динамическая передаточная проводимость определяется выражением

gfs = = dIos/dVas = 2К {Vos - Vt) = = 2lQsl{Vos-Vt)2{RIobf"

(B.IO)

Так же как и в предыдущем случае, приведенные уравнения справедливы как для /г-канальных, так и для р-канальных МОП-транзисторов, причем для обоих типов транзисторов передаточные проводимости положительны.

Параметр К МОП-транзистора определяется по формуле К \iC„{WIL)I2 \i{&,Jt,){WIL)2, (Б. 11)

где р, - подвижность заряженных носителей в поверхностном инверсионном слое. Сох - %x/tox - емкость, отнесенная к единице площади МОП-конденсатора, который формируется затвором, подзатворным окислом и поверхностным инверсионным слоем, ох - диэлектрическая проницаемость подзатворного окисла (SiOa) л; 3,Ы0"" Ф/см, - толщина слоя подзатворного окисла, W/L - отношение ширины канала к его длине.



Подвижность заряженных носителей в поверхностном инверсионном слое канала много меньше подвижности в объеме полупроводника из-за рассеяния заряженных носителей в очень тонком инверсионном слое между Si и SiOj. Подвижность носителей в канале обычно примерно в два раза меньше объемной подвижности, так что л-канальный МОП-транзистор имеет Лсь » (х„/2 ?t; 500 смВ-с, а р-канальный МОП-транзистор имеет fXcn « Ир/2 200 cmVB-c.

В качестве примера рассмотрим п-канальный МОП-транзистор, у которого tax = 1000 А = 0,1 мкм и предположим, что подвижность носителей в канале 500 см(В-с). В этом случае параметр К равен

К = 500 см7(В-с)-(3,1-10-1= ф/см/2.10" см) (1F/L) =

= 775-10-« iWIL) А/В = 7,75 (IF/L) мкА/В

Если L = 10 мкм и Г = 100 мкм, то К = 77,5 мкА/В. При Vqs - V, = 4-5,0 В ток стока равен lys = 77,5 мкА/В (5 В) = = 1,94 мА, Передаточная проводимость при таком уровне тока равна gf, = 2IdsI{Vgs - Vt) = 2-1,94 мА/5,0 В = 0,776 мСм. У р-канального МОП-транзистора с такой проводимостью К - = 31 мкА/В При Vqs - Vt = 5,0 В получим Iqs = 776 мкА и gfs = 310 мкСм.

Б.З. Выходная проводимость полевого транзистора. Изменение тока стока Is в зависимости от напряжения сток-исток полевого транзистора (МОП или с рл-переходом) в области насыщения (активный режим) происходит вследствие эффекта модуляции длины канала, который подобен эффекту модуляции ширины базы, или эффекту Эрли, биполярного транзистора. Динамическая проводимость сток-исток полевого транзистора в области насыщения задается формулой

gds = dlosldVos = IdsIVa

(Б. 12)

где параметр 1/1/д - коэффициент модуляции длины канала. Величина Va имеет размерность вольт и подобна напряжению Эрли биполярного транзистора. Значение Va Для большинства полевых транзисторов обычно лежит в диапазоне от 20 до 200 В.

Проведем упрощенный расчет коэффициента модуляции длины канала МОП-транзитора. Эти результаты применимы и для полевого транзистора с р/г-переходом. Ток стока МОП-транзистора в области насыщения задается выражением Ids = К {Vqs - - Vtf, где К - (1/2) iCox (WjL). Изменение тока стока по отношению к напряжению стока, вызванное изменением длины ка-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 [ 187 ] 188 189 190 191 192 193