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 VTO

0.

Токи стока и истока равны соответственно

Id = Idrain – Igd, Is = – Idrain

–Igs.

В нормальном режиме (Vds

0) 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)