Полевой транзистор

Полевые транзисторы с управляющим p–n переходом (Junction FET) описываются моделью Шихмана–Ходжеса в соответствии с эквивалентной схемой, представленной на рис. 4.6,а для транзистора с каналом n-типа [4, 7, 33]. Параметры модели полевого транзистора приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3

Имя параметра		Параметр		Значение по умолчанию		Единица измерения
VT0		Пороговое напряжение		–2		В
BETA		Коэффициент пропорциональности		10		А/В
LAMBDA		Параметр модуляции длины канала		0		1/В
IS		Ток насыщения p–n-перехода затвор–канал		10		А
N		Коэффициент неидеальности p–n-перехода затвор–канал		1
ISR		Параметр тока рекомбинации p–n- перехода затвор–канал		0		А
NR		Коэффициент эмиссии для тока ISR		2
ALPHA		Коэффициент ионизации		0		В
VK		Напряжение ионизации для перехода затвор–канал		0		В
RD		Объемное сопротивление области стока		0		Ом
RS		Объемное сопротивление области истока		0		Ом
CGD		Емкость перехода затвор–сток при нулевом смещении		0		Ф
CGS		Емкость перехода затвор-исток при нулевом смещении		0		Ф
M		Коэффициент лавинного умножения обедненного   p–n-перехода затвор–канал		0,5
FC		Коэффициент нелинейности емкостей переходов при прямом смещении		0,5
PB		Контактная разность потенциалов p–n-перехода затвора		1		В
VTOTC		Температурный коэффициент VTO		0		В/
BETATCE		Температурный коэффициент BETA		0		%/
XTI		Температурный коэффициент тока IS		3
KF		Коэффициент, определяющий спектральную плотность фликкер–шума		0
AF		Показатель степени, определяющий зависимость спектральной плотности фликкер–шума от тока через переход		1
T_MEASURED		Температура измерений
T_ABS		Абсолютная температура
T_REL_GLOBAL		Относительная температура
T_REL_LOCAL		Разность между температурой транзистора и модели-прототипа

<
Статические характеристики полевого транзистора. Они описываются следующими зависимостями. 

Ток затвора равен

Ig = Igs + Igd,

где Igs = In+IrKg

– ток утечки затвор–исток,

    Ins = IS·[exp(Vgs/(N·Vt) –1] – нормальный ток,

    Irg = ISR· [exp(Vgs/(NR·Vt) –1] – ток рекомбинации,

    Kgs = [(1–Vsg/PB)2+0,005]M/2 – фактор генерации,

Igd = Ind+Ird·Kgd+Ii  – ток утечки затвор–сток,

    Ind = IS· [exp(Vgd/(N·Vt) –1] – нормальный ток,

    Ird = ISR· [exp(Vgd/(NR·Vt)-1] – ток рекомбинации,

    Kgd = [(1–Vgd/PB)2+0,005]M/2 – фактор генерации,

    Ii - ток ионизации, равный

Рис. 4.6. Нелинейная (а) и линейная (б) схемы замещения полевого транзистора с управляющим p–n-переходом и каналом n-типа

Vdif=Vds– (Vgs–VTO); Vgs – напряжение затвор–исток, Vgd – напряжение затвор-сток.

Заметим, что полевой транзистор обедненного типа характеризуется отрицательными значениями VTO<0 (для каналов p- и n-типа), а транзистор обогащенного типа – положительными VTO0.

Токи стока и истока равны соответственно

Id = Idrain – Igd,  Is = – Idrain

–Igs.

В нормальном режиме (Vds0) ток Idrain

рассчитывается по формулам:



где Vds – напряжение сток–исток, Vgd – напряжение затвор–сток. В инверсном режиме (Vds<0)



Емкости затвор–исток и затвор–сток  описываются выражениями





 

Линейная схема замещения полевого транзистора. Схема приведена на рис. 4.6, б, где дополнительно включены источники флюктуационных токов. Тепловые шумы, создаваемые резисторами RS и RD, имеют спектральные плотности S= 4kT/RS, S= 4kT/RD.

Источник тока Iш, характеризующий дробовой и фликкер-шум, имеет спектральную плотность S= 8kT·Gm/3 + KF·Id/f, где Gm= dIdrain/dVgs  –дифференциальная проводимость в рабочей точке по постоянному току.

Температурные эффекты  характеризуются следующими зависимостями:

VTO(T)=VTO+VTOTC· (T – Tnom);

BETA(T)=BETA·1,01;



IS(T)=IS·exp[EG(Tnom)/(N·Vt) ·(T/Tnom – 1)](T/Tnom);

ISR(T)=ISR·exp[EG(Tnom)/(NR·Vt) ·(T/Tnom–1)](T/Tnom);

PB(T)=PB·T/Tnom-3Vt·ln(T/Tnom) –EG(Tnom)·T/Tnom+EG(T);

CGS(T)=CGS{1+M[0,0004(T–Tnom)+1-PB(T)/PB]};

CGD(T)=CGD{1+M[0,0004 (T–Tnom)+1-PB(T)/PB]};

KF(T)=KF·PB(T)/PB, AF(T)=AF·PB(T)/PB.

Зависимость EG от температуры описана в разд. 4.1.

Скалярный коэффициент Area  позволяет учесть параллельное соединение однотипных транзисторов, для чего в приведенной выше модели изменяются следующие параметры:

IS=IS·Area, BETA=BETA·Area, RD=RD/Area, RS=RS/Area, CGS=CGS·Area, CGD=CGD·Area.

Значение Area указывается в задании на моделирование при включении транзистора в схему (п. 3.2.6), по умолчанию Area=1.

В качестве примера приведем описание параметров модели транзистора КП303Е

.model  KP303E  NJF (VTO=-4.12  BETA=782.5u  LAMBDA=9.13m

+   RS=21  RD=21  CGS=4.2pF  CGD=3.8pF  FC=0.5  PB=1  IS=10f)


Содержание раздела

---

---