Tranzistorul cu efect de câmp cu poartă-joncțiune (Tec-J)

În lucrare sunt măsurate caracteristicile statice de funcţionare ale unui TECJ şi este verificată concordanţa cu relaţiile analitice teoretice. Sunt măsuraţi de asemenea parametri modelului de semnal mic, joasă frecvenţă şi verificată dependenţa acestora faţă de punctul static de funcţionare.

4.1. OBSERVAŢII TEORETICE

Caracteristicile statice ale TECJ

Se consideră pentru TECJ cu canal n structura simplificată din figura 4.1.a. Simbolul cu mărimile electrice asociate este prezentat în figura 4.1. b.

a. b.

FIG. 4.1

Se demonstrează că dependenţa curent-tensiune pentru structura din figura 4.1 se exprimă după cum urmează:

a. Pentru VT vGS 0 , vDS 0 şi |vDS| foarte mic (sute de mV)

(4.1)

unde :

este tensiunea de prag (4.2)

este conductanţa maximă („constructivă”) a canalului (4.3)

B0 este înălţimea barierei de potenţial asociată joncţiunii p+n, poartă-canal.

b. Pentru VT vGS 0 , 0 vDS VDS , sat = vGS - VT

(4.4)

unde f este funcţia definită ca:

c. Pentru VT vGS 0 , vDS VDS , sat = vGS - VT (saturaţie)

(4.5)

Curentul de drenă în saturaţie poate fi exprimat aproximativ cu ajutorul relaţiei:

(4.6)

Iar dacă se neglijează B0 (ceea ce nu este întotdeauna justificabil) se obţine:

(4.7)

unde:

(4.8)

Caracteristicile de ieşire iD(vDS) şi de transfer, în saturaţie iD(vGS) sunt schiţate în figura 4.2.

FIG. 4.2

Model dinamic (semnal mic, joasă frecvenţă)

Comportarea TECJ în regim dinamic de semnal mic şi joasă frecvenţă se poate descrie cu ajutorul modelului din figura 4.3.

FIG. 4.3

unde:

(4.9)

(4.10)

Id, Vgs, Vds sunt valori efective. Expresia analitică pentru gm (transconductanţa sau conductanţa mutuală) se obţine prin derivarea relaţiei (4.4) sau a uneia din relaţiile (4.5), (4.6) sau (4.7) în funcţie de regimul static al TECJ.

Expresia analitică pentru conductanţa canalului gd , rezultă prin derivarea relaţiei (4.1) sau (4.4). În regim de saturaţie prin derivarea relaţiilor (4.6), (4,7) sau (4.8) rezultă gd = 0. În realitate însă conductanţa canalului este nenulă în orice condiţii.

Dacă se analizează structura reală a unui TECJ se remarcă prezenţa între extremităţile canalului propriu-zis şi contactele metalice S şi D, a unor porţiuni de siliciu n a căror rezistenţă trebuie luată în considerare în construirea unui model dinamic. Astfel modelul se completează cu rezistenţele Rd şi Rs şi este prezentat în figura 4.4.

FIG. 4.4

Rezistenţele Rs şi Rd depind de tensiunile aplicate tranzistorului. Valorile măsurate pentru gm şi gd pot diferi de cele ce rezultă din formulele teoretice datorită prezenţei acestor rezistenţe.