9.2.4. Частотные свойства канального транзистора

Частотные свойства канального транзистора определяются инерционностью передачи переменного сигнала от входа к выходу. Постоянная времени этого процесса включает в себя постоянную времени перезаряда емкости затвора и время пролета носителей от истока к стоку. В связи с емкостным импедансом входа переменное напряжение на выходе будет отставать по времени (фазе) от переменного напряжения на входе (рисунок 9.10). Напряжение на «внутреннем» затворе отстает по фазе (φ₁ = ω∙t_RC) от входного напряжения. В свою очередь, ток стока и напряжение стока отстают от на t_пр (φ₂ = ω∙t_пр). Результирующая инерционность крутизны:

. (9.23)

Распределенная емкость затвора может быть представлена как

. (9.24)

Воспользовавшись значением g_m (9.21), получим выражение для постоянной времени перезаряда емкости затвора,

. (9.25)

Аналогично для времени пролета канала (9.23):

. (9.26)

Таким образом, граничная частота крутизны:

. (9.27)

Для канальных транзисторов с короткой длиной канала время пролета определяется максимальной дрейфовой скоростью и может быть значительно меньше (9.26), .

Т ем не менее, этот факт не изменяет качественной зависимости граничной частоты крутизны от параметров структуры канального транзистора. Для повышения быстродействия необходимо использовать полупроводник с большим значением подвижности (GaAs, InP), применять структуру с коротким каналом в режиме высокой проводимости канала (U_З ≈ 0).

lg f

lg f_g

φ

lg f

lg f_g

0

Рисунок 9.10 - Векторная диаграмма Рисунок 9.11 - Зависимость крутизны

переменных напряжений и фазы от частоты

В силу внутренней инерционности крутизна канального транзистора так же, как коэффициент усиления тока биполярного транзистора, зависит от частоты. В однополюсном приближении:

. (9.28)

Модуль крутизны и фаза определяются выражением (рисунок 9.11),

; . (9.29)

В схеме с общим истоком канальный транзистор обладает дополнительной инерционностью, обусловленной перезарядом сток-затворной емкости через сопротивление нагрузки. Поэтому граничная частота крутизны (9.27) определяет максимальное быстродействие при условии генератора напряжения в цепи стока, т. е. при малых сопротивлениях нагрузки.