P1030341

264 M.Polowczyk, E.Klugmann - PRZYRZĄDY PÓŁPRZEWODNIKOWE

Właściwości dynamiczne tranzystora JFET

Złączowe tnnzystory połowę są polecane m.in. do realizacji układów wielkiej i pośredniej częstotliwości oraz do układów przełączających, np. w systemach multipleksowych. Dlatego sprawą ważną jest znajomość właściwości dynamicznych wielko* i mało* sygnałowych.

Ogólnie rzecz ujmując, o właściwościach dynamicznych tranzystora JFET decydują dwa czynniki: reaktancje tranzystora i czas przelotu nośników przez kanał (tp). Drugi czynnik jest zwykle do pominięcia w zakresie pobudzeń impulsowych o czasie narastania przekraczającym kilkakrotnie czas przelotu, jest on także do pominięcia dla pobudzeń ze składowymi harmonicznymi o częstotliwościach f« 1/L.

Czas przelotu nośników przez kanał ma wartość zależną od długości kanału (I) i prędkości unoszenia nośników w podłużnym polu elektrycznym kanału. Natężenie tego pola posiada wartość minimalną przy źródle i rośnie w stronę drenu (patrz wzór (6.139)). Odpowiednio do natężenia kształtuje się prędkość nośników, przyjmując wartość od minimalnej przy źródle do maksymalnej (v_m) przy drenie (w zakresie zaciśnięcia kanału).

W celu oszacowania wartości czasu przelotu przyjmijmy, że prędkość nośników wzrasta liniowo od zera do v_ra. Przy tym założeniu

_2L    (6.165)

^p

gdzie: I - długość kanału.

Z powyższej zależności przy u_m=10⁵m/s otrzymamy następujące czasy przelotu:

tpfpsl	2,0	0.2
1 fruń ]	100	10

Jak widać z powyższego, czas przelotu może być czynnikiem pomijalnym przy częstotliwościach do kilku GHz i impulsach o czasach narastania większych od ułamków ns.

O właściwościach dynamicznych tranzystora JFET decydują więc reaktancje tranzystora, a przede wszystkim pojemności międzyclektrodowe. Pewne znaczenie mogą mieć również indukcyjności doprowadzeń. Zwykle jednak w układach w.cz. i impulsowych o dużej szybkości działania używa się tranzystorów z możliwie najkrótszymi doprowadzeniami, uzyskując w ten sposób indukcyjności doprowadzeń rzędu 2nH, a więc wartości pomijalne w tych przypadkach.

Spośród pojemności tranzystora JFET wymienić należy: C_GS - pojemność bramka* źródło, C_GD - pojemność bramka-dren, C_DS - pojemność dren-źródło. Dołączenie tych pojemności do elektrod wewnętrznych G, S’ i D’ stałoprądowego schematu zastępczego prowadzi do wielkosygnałowego, dynamicznego modelu tranzystora (rys.6.39a).

Linearyzacja modelu wielkosygnałowego w konkretnym spoczynkowym punkcie pracy tranzystora daje z kolei model małosygnałowy tranzystora (rys.6.39b). W wersji modelu na rys.6.39b dla uproszczenia pominięto konduktancje bramka-dren i branka-źródło, które formalnie w wyniku linearyzacji powinny pojawić się, a których wartości są pomijalnie małe w porównaniu z wartościami innych elementów schematu.

■)    b)

Rys. 6.39. Modele dynamiczne tranzystora JFET: a)wicłkosygnałowy. b) małosygnalowy

Pojemności C_GD i C_GS są składowymi pojemności bramka-kanał. Są to,wnonnaInycb warunkach pracy tranzystora, pojemności barierowe złącza bramka-kanał. Ich zależność napięciową można więc aproksymować wzorami:

^CGS (^UGS )^!

gdzie: m - współczynnik^J^{4 ro} * jJ' Vj. napięcie wbudowane złącza.

ęppfo)

i-■

U_r.

pizy

przy

/ Udg<Up (iUos-0

I “ ^UGS ^{< U}P | ¹ ^DG^m°

(6.166)

(6.167)

Wzory (6.166), (6.167) są słuszne dla zakresu omowego tranzystora. W zakresie zaciśnięcia kanału pojemności C_0D i C_GS stają się mało zależne od napięcia drenu, ponieważ praktycznie nie wpływa ono na kształt kanału. Jednocześnie w zakresie zaciśnięcia kanału pojemność C_GD staje się znacznie mniejsza od Cqs, ponieważ powierzchnia czynna drenu znacznie zmniejsza się w tym zakresie.

Dla U_Dg > ^up mamy więc C_GD «    , a C_GS(U_GS) można aproksymować wzorem

(6.16 7).