Fork me on GitHub

NGSPICE.js - полевой транзистор

Продолжаем осваивать NGSPICE.

Полевой (униполярный) транзистор - полупроводниковый прибор, работа которого основана на управлении электрическим сопротивлением токопроводящего канала поперечным электрическим полем, создаваемым приложенным к затвору напряжением. Также как и биполярные транзисторы полевые транзисторы применяются в электронных устройствах для усиления или генерации электрических колебаний.

Электроды полевого транзистора называют истоком (И), стоком (С) и затвором (З). Управляющее напряжение прикладывается между затвором и истоком. От напряжения между затвором и истоком зависит проводимость канала и, следовательно, величина тока стока. Таким образом полевой транзистор можно рассматривать как источник тока, управляемый напряжением затвор-исток.

По конструкции полевые транзисторы можно разбить на две группы:

  • с управляющим p-n-переходом (JFET)

  • с металлическим затвором, изолированным от канала диэлектриком (MOSFET). Транзисторы данного вида называют МДП-транзисторами (металл - диэлектрик - полупроводник). МДП-транзисторами также можно разделить на транзисторы с индуцированным (Enhancement) и встроенным (Depletion) каналом

Проводимость канала полевого транзистора может быть электронной (n-канал) или дырочной (p-канал).

В следующих схемах для симуляции использовались SPICE модели полевых транзисторов с n-каналом: МДП встроенный канал | МДП индуцированный канал | JFET.

Поскольку входное сопротивление полевых транзисторов составляет десятки мегаом, то входные токи полевых транзисторов чрезвычайно малы и управление током в выходной цепи осуществляется входным напряжением. В этой связи усилительные свойства полевого транзистора, как и электронных ламп, целесообразно характеризовать крутизной проходной характеристики.

крутизна полевого транзистора | netlist | ngspice.js

screenshot

ngspice 1 -> source va.net
ngspice 2 -> set temp=0
ngspice 3 -> dc vdd 0 10 10m
ngspice 4 -> set temp=25
ngspice 5 -> dc vdd 0 10 10m
ngspice 6 -> set temp=50
ngspice 7 -> dc vdd 0 10 10m
ngspice 8 -> plot (-dc1.i(vdd)) (-dc2.i(vdd)) (-dc3.i(vdd))

На картинке 0...1В - напряжение насыщения сток-исток, после которого участок 1В...MAX является активным режимом работы транзистора. Крутизна ВАХ в идеале не зависит от напряжения сток-исток.

screenshot

МДП-транзистор с индуцированным каналом при нулевом напряжении затвор-исток закрыт (ток стока равен нулю) и именно поэтому на схемах его канал принято обозначать пунктиром.

напряжение затвора/ток стока | netlist | ngspice.js

screenshot

ngspice 1 -> source all.net
ngspice 2 -> dc vin -1 9 10m
ngspice 3 -> plot (-i(VnMOSe)) (-i(VnMOSd)) (-i(Vnjfet))

Как видно на графике у JFET транзисторов более крутая ВАХ и полярность усиливаемого напряжения затвор-исток JFET и MOSFET противоположная:

screenshot

Далее о согласовании источника и нагрузки.

links

social