КЛЮЧЕВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Динамическое сопротивление канала полевого транзистора

На рис. 2 приведены зависимости сопротивления канала от напряжения на затворе для полевых транзисторов КП102 [9]. Из рисунка видно, что минимальное значение сопротивления канала наблюдается при напряжении на затворе, равном нулю. Дальнейшее понижение (незначительное) наблюдается при прямом смещении затвора, но при этом резко возрастает ток затвора и возникает гальваническая связь между цепями сигнала и управления, что в большинстве случаев является недопустимым.

Рис. 2 Зависимости сопротивления канала ПТ от напряжения на затворе.

В общем случае сопротивление канала при нулевом напряжении на стоке и произвольном смещении можно определить по выражению [2]

      (44)

Если известно сопротивление канала при нулевом напряжении на затворе r_к0, то значение r_к при любом другом смещении [2]

      (45)

Для проведения оперативной оценки значения сопротивления r_к0 можно воспользоваться приближенным равенством

r_к0 ≈ 1/S_макс       (46)

Значения r_к0 для некоторых полевых транзисторов приведены в табл. 1 [20, 22]. Следует отметить, что r_к0 возрастает с ростом температуры. Температурный коэффициент этого сопротивления в диапазоне температур -60..+85° С для транзисторов КП102 составляет 20-50 Ом/°С и 2-5 Ом/°С для транзисторов КП103, причём меньшее значение дрейфа соответствует транзисторам с меньшим r_к0 [4].

Сопротивление закрытого транзистора r_з. Этот параметр определяет максимальное значение сопротивления канала при запирающих напряжениях на затворе. Значение этого параметра для транзисторов, приведённых в табл. 1, не менее 1*10⁸ Ом.

Ток стока закрытого транзистора I_с.зап определяется значением тока, обусловленного проводимостью закрытого канала и значением тока I_з с обратно смещённого p-n-перехода затвор - сток [4]:

      (47)

где U_с.и - напряжение между электродами сток - исток закрытого транзистора.

В справочных данных на полевые транзисторы приводится только значение тока затвора I_з при объединенных стоке и истоке.

Для расчёта ключевых схем необходимо знание стоковой и истоковой составляющей тока затвора Когда транзистор закрыт, можно считать, что

I_з ≈ I_з.и + I_з.с

В [4] экспериментально показано, что для транзисторов КП103 составляющие I_з.и и I_з.с равны между собой, а для транзисторов КП102 стоковая составляющая имеет несколько меньшее значение. Таким образом, считая I_з.с=I_з.и, выражение (47) запишем в виде

      (48)

Напряжение запирания (U_зап) характеризует напряжение на затворе, когда канал полевого транзистора полностью перекрыт. Приводимое в справочных данных напряжение отсечки U_отс не может быть выбрано в качестве напряжения запирания транзистора в режиме ключа, так как значение U_отс является весьма условным, соответствующим напряжению U_з.и, при котором ток стока уменьшается до определённого уровня. Для большинства полевых транзисторов этот уровень принят равным 10 мкА. Такое значение тока стока недопустимо для закрытого аналогового ключа, так как оно находится на уровне рабочих токов открытого транзистора. Учитывая трудности непосредственного измерения U_зап, воспользуемся аналитическим выражением для его определения [4]:

      (49)

где I_отс - ток стока при U_з.и=U_отс.

Учитывая разброс параметров U_отс, I_с0, I_отс, а также температурный дрейф напряжения отсечки U_отс.др, напряжение на затворе для полного запирания транзистора можно выбрать по условию

      (50)

Следует заметить, что среднее значение температурного дрейфа напряжения отсечки для полевых транзисторов составляет 2-3 мВ/°С.

Верхний предел напряжения запирания определяется максимально допустимым напряжением на затворе.

Допустимое значение напряжения на затворе транзисторного ключа (U_з.доп) определяет входной диапазон коммутируемого сигнала. Это напряжение определяется как напряжение затвор-сток U_з.с, при котором ток I_з.с достигает максимально допустимого значения I_з.с.доп. Значение I_з.с.доп выбирается исходя из необходимой точности коммутации при заданном числе каналов и номиналов сопротивлений датчиков [4]. Для закрытого транзистора напряжение на затворе должно удовлетворять следующему условию:

U_зап ≤ U_з.и ≤ U_з.доп       (51)

Из этого можно определить максимальное значение амплитуды коммутируемого сигнала:

U_{вх.макс} ≤ U_з.доп - U_зап       (52)

Следовательно, чем меньше U_зап и больше U_з.доп, тем шире диапазон коммутируемых напряжений.

Необходимо, чтобы напряжение U_з.доп. не превышало напряжения пробоя p-n-перехода полевого транзистора. Этот пробой имеет обратимый характер, если не превышена допустимая мощность рассеивания в приборе. После пробоя в нормальном рабочем режиме транзисторы восстанавливают свою работоспособность, но при этом как правило, ухудшаются параметры аналогового ключа.

Напряжение необратимого пробоя можно определить по формуле [4]

      (53)

где P_макс - допустимая мощность рассеивания в приборе; I_з.макс, I_с.макс - максимально возможные токи в цепи затвора и стока соответственно, определяемые схемой аналогового ключа.

Общая ёмкость затвора С_з. Ёмкость между управляющим входом и цепью переключаемого сигнала почти для всех полупроводниковых переключателей лежит в пределах 3-30 пФ. Наличие ёмкости приводит во время переключения к выбросам напряжения или тока. Только в двухзатворных полевых МОП-транзисторах, благодаря экранирующему действию одного из затворов на сток эффективную ёмкость между управляющим затвором и стоком удается уменьшить до 0,1 пФ [1].

Общую ёмкость затвора (затвор - источник сигнала) можно определить по формуле

      (54)

где С_пар - паразитная ёмкость затвор-земля.

<< Предыдущее Содержание Назад Далее >>