Главная страница  Транзисторные схемы 

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 ] 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

тонких слоев диэлектрика [см. (5-52)] и высокоомных подложек с малой концентрацией примеси [см. (5-50)]. Расчеты показывают, что аппроксимация (5-58) дает погрешность не более 30%, если Us - Uo > 0,5 В и а/Со < 1 BV. Для кремниевых МОП транзисторов последнее ограничение обычно соответствует концентрации Л/д < 2 10 см~, т. е. удельному сопротивлению подложки р > 4 Ом см.

С физической точки зрения аппроксимация (5-58) действительна тогда, когда заряд обедненного слоя не играет существенной роли в работе прибора: например, если толщина этого слоя не меняется вдоль канала (случай С/ < < Чвт) или удельный заряд слоя много меньше удельного заря.ча затвора (случай малых значений а/Со).

Из выражения (5-58) легко найти напряжение насыщения, полагая dlJdU = 0:

c.h = t/3-f/o. (5-59)

Как уже отмечалось, значение тока 1 ({/с.н) сохраняется при всех значениях U > Uc, . Поэтому, подставляя (5-59) в (5-58), получаем вольт-амперную характеристику МДП транзистора в режиме насыщения:

hibiUs-Uor. (5-60)

В усилительной технике МДП транзисторы всегда используются в режиме насыщения, поскольку ему свойственны наименьшие нелинейные искажения и оптимальные значения дифференциальных параметров: крутизны S = dlJdU, внутреннего сопротивления Ri = dUJdIc и собственного коэффициента усиления р. = dUJdU. Эти параметры связаны между собой ламповым соотношением

fx= SRi (5-61)

(черточка над \к призвана отличить данный параметр от подвижности).

Крутизна в режиме насыщения легко определяется из выражения (5-60):

SbiU-Uo). (5-62)

Как видим, крутизна линейно зависит от эффективного напряжения на затворе Ug - Uo, а при заданном эффективном напряжении пропорциональна параметру Ь. Название последнего (удельная крутизна) обусловлено тем, что при - Uo= I В величина b численно равна крутизне в режиме насыщения. Вообще же пара--Meip b является производной dlJeUdU, т. е. характеризует кривизну функции /с {U; U).

Крутизна МДП транзистора однозначно связана с током. Эту связь легко установить с помощью выражений (5-60) и (5-62):

SVMl. . (5-63)



Из выражения (5-62) с учетом (5-55) ясно, что крутизна МДП транзистора возрастает с уменьшением толщины диэлектрика d, а также с увеличением ширины канала Z. Однако оба эти фактора одновременно способствуют увеличению емкости между затвором и каналом, которая описывается выражением

ccoizl). (5-64)

Поэтому такой глобальный параметр всякого усилительного прибора, как добротность [62], определяемая отношением 5/2,2 С, не зависит от величин dn Z. Поделив (5-62) на (5-64), получаем добротность МДП транзистора в следующем виде:

=d:(3-f/o). (5-65)

Отсюда следует, что основным средством повышения добротности является уменьшение длины канала l.

В качестве примера положим b = 100 мкА/В, Со = 3 10 ф/см, l = 10~* см (10 мкм) и Z = 2-10 см (200 мкм). Тогда емкость затвора Сд ~ 0,6 пФ, а крутизна и добротность (при эффективном напряжении 11 - f/o = 3 В) соответственно равны: 5 ~ 0,3 мА/В и Д ~ 0,5 нс-1.

В отличие от крутизны внутреннее сопротивление и коэффициент усиления МДП транзистора не могут быть определены из выражения (5-60), поскольку оно не содержит напряжения Uc-Согласно (5-60) характеристики в режиме насыщения должны быть горизонтальными {Ri = оо, р, = оо).

В разделе Физические процессы отмечалось, что конечное значение Ri в режиме насыщения обусловлено зависимостью ширины стокового перехода от напряжения Uc - явлением, не учтенным в формуле (5-60). Учет этого явления осложняется неодномерностью электрического поля в стоковом переходе. Если такой неодномерностью пренебречь и принять для функции / (1/с) выражение (2-12), свойственное ступенчатому р-п переходу, то, дифференцируя по Uc выражение (5-60) (в котором параметр b является функцией длины канала L) и полагая dL/dt/c= -(Ус, можно привести внутреннее сопротивление к следующему виду h

; = 4 = У1/И. (5-66)

i 1с с г Фп

Тогда из соотношения (5-61) с учетом (5-63), (5-55) и (5-64) получается выражение для коэффициента усиления:

Как видим, параметры /?г и ц увеличиваются с ростом рабочего напряжения {/с и с уменьшением рабочего тока (т. е. при малых значениях U3 - Uo)-

Более подробно и строго дифференциальные параметры МДП транзисторов в режиме насыщения рассмотрены в работах [102, 103].



Разумеется, в области достаточно больших напряжений наступают предпробойные явления, а затем и пробой, сопровождающийся резким возрастанием тока и столь же резким уменьшением сопротивления Ri. Заметим, что пробой может иметь место не только в стоковом р-п переходе, но также и в диэлектрике (между стоком и затвором).

В импульсных схемах МДП транзистор работает в качестве ключа и основной интерес представляют две крайние рабочие точки, соответствующие запертому и максимально открытому состоянию ключа (рис. 5-31).

Запертое состояние (точка 1) характеризуется условием 11 < < и о- При этом в цепи стока протекает лишь некоторый остаточный ток, обусловленный утечками по поверхности, а также обратным током р-п перехода стока (если подложка находится под нулевым или положительным потенциалом). В качественных МОП транзисторах этот ток не превышает нескольких наноам-пер.

Максимально открытое состояние ключа (точка 2) характерно большими значениями э(х)ективного напряжения - Uo и расположением рабочей

точки на крутом участке соответствующей вольт-амперной кривой. Обычно в открытом состоянии ток 4 оказывается з а -данным внешней цепью, а интерес представляет остаточное напряжение Uo- Это напряжение легко определить из формулы (5-58), однако в общем виде выражение получается громоздким. На практике остаточное напряжение настолько мало, что в формуле (5-58) можно пренебречь членом UI. Тогда


Рис. 5-31. Рабочие точки МДП транзистора в ключевом режиме.

и.о = -

Выражение (5-68) действительно при условии U - Uo > > (2-3) U,o.

Еще одним параметром, важным для характеристики открытого ключа, является сопротивление на начальном участке кривой h (U). Дифференцируя (5-58) по U, получаем дифференциальное выходное сопротивление транзистора в ненасыщенном режиме:

= ыиз-и,-и,У 15-69а)

Если положить и Ug - Uo, получим искомое сопротивление открытого ключа: ,



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 ] 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

© 2000 - 2021 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.