Статические характеристики

На рис. 5.4, а представлено семейство выходных характеристик, а на рис. 5.4, б — управляющая характеристика при некотором значении u_си = u_со.

Рассмотрим выходную характеристику при и_зи = 0. При малых значениях и_т (учас­ток АБ) ток стока пропорционален напряжению u_си и определяется уравнением

(5.20)

По мере роста u_си канал постепенно сужается и его проводимость уменьшается, что ведет к замедлению роста тока i_c (участок БВ). При напряжении u_си, равном напряжению насыщения, канал перекрывается и ток i_c достигает значения I_{с max}, определяемого уравнением (5.18). Существование тока в режиме насыщения (уча­сток ВГ) объясняется тем, что к области перекрытия приложена разность потен­циалов Δи = u_си – u_нас. Эта разность потенциалов создает продольное электричес­кое поле, являющееся ускоряющим для подходящих к области перекрытия из канала электронов. Ускоряющее поле переносит подошедшие электроны через область перекрытия к стоку, вызывая в цепи стока ток. С ростом u_си длина канала уменьшается, а напряжение на канале остается равным u_нас поэтому напряжен­ность поля в канале, а значит, и ток увеличиваются. Чем короче канал, тем больше относительное изменение тока при изменении напряжения u_си.

Если на затвор подано отрицательное напряжение, то проводимость канала на начальном участке будет меньше, и характеристика проходит более полого. Кро­ме того, переход к режиму насыщения произойдет при меньшем значении напря­жения u_нас (см. уравнение (5.8)). Геометрическое место точек, соответствующих перекрытию канала при разных u_зи и наступлению режима насыщения, на рис. 5.4, а показано пунктирной линией.

Рассмотрим управляющую характеристику (рис. 5.4, 6) при u_си = const. Обычно эта характеристика соответствует режиму насыщения, в котором ток i_c слабо зави­сит от напряжения u_си, Физически изменение тока i_c при изменении напряжения u_зи обусловлено изменением толщины канала: чем больше отрицательное напряжение u_си, тем тоньше канал, меньше его проводимость и, соответственно, ток. Теоретически зависимость тока i_c от напряжения»_зи в режиме насыщения опре­деляется уравнением (5.19), которое для удобства расчетов обычно аппроксими­руют квадратичной зависимостью:

(5.21)

Управляющая и выходные характеристики взаимосвязаны. Располагая семей­ством выходных характеристик, нетрудно построить управляющую характерис­тику путем переноса соответствующих точек из одной системы координат в дру­гую, как это показано на рис. 5.4.

На статические характеристики влияет температура, что обусловлено зависи­мостью от температуры подвижности носителей заряда и контактной разности потенциалов в р-n-переходе. С ростом температуры подвижность носителей заряда в канале уменьшается, что ведет к снижению проводимости канала, то есть уменьшению тока стока, с другой стороны, с ростом температуры уменьша­ется контактная разность потенциалов, что влечет за собой расширение канала и увеличение тока.

Анализ показывает, что температурный коэффициент тока стока в режиме насы­щения, определяемый двумя этими факторами, можно представить в виде

(5.22)

Первый член в правой части уравнения учитывает влияние температуры на кон­тактную разность потенциалов, второй член — на подвижность. Величина т оп­ределяется из выражения, аппроксимирующего температурную зависимость под­вижности в рабочем интервале температур:

Обычно для расчетов принимают т ≈ 2, a 2 мВ/°С.

Из формулы (5.22) следует, что существует такое значение тока стока I_т, при ко­тором температурный коэффициент равен нулю (рис. 5.5).

Этот ток можно определить, приравняв к нулю уравнение (5.22):

(5.23)

Температурный коэффициент тока у полевого транзистора меньше, чем у бипо­лярного транзистора, и обычно не превышает 0,2 %/°С.