Главная Обратная связь

Дисциплины:






ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА ПТШ



Для характеристики частотных свойств ПТШ используют понятия максимальной частоты генерации fmax и граничной частоты fт. Частоту fmax определяют как наибольшую, на которой способен генерировать ПТШ:

(9.8)

Граничная частота fт или частота отсечки, это частота, при которой модуль отношения тока короткого замыкания на выходе каскада с общим истоком к току на входе (через емкость Cзи) равен единице:

(9.9)

Она соответствует частоте, при которой в режиме с общим истоком ток через емкость затвор-исток (Iзи ~ωCзиUзи) равен току генератора

(9.10)

где gm — проводимость, Uзи — напряжение на емкости затвор-исток.

С другой стороны, частота отсечки определяется временем пролета через канал

(9.11)

Физическим процессом, определяющим верхнюю границу быстродействия транзистора, является время запаздывания переноса заряда свободными носителями через пространство активного взаимодействия с полями в приборе.

Для полевого транзистора с общим истоком время задержки носителей заряда от истока к стоку равно

(9.12)

где λк — горизонтальная длина канала.

Выражения (9.10 ) и (9.11) эквивалентны друг другу, поскольку

где Qзи — заряд на ёмкости Cзи.

Поэтому характерной величиной, которую следует минимизировать, является горизонтальная длина канала λкили ширина дорожки затвора L.

Скорость электронов GаАs имеет предел Iнас ≈ 10 7 м/с, поэтому усилия разработчиков направлены на создание ПТШ с затвором субмикронных размеров ( L < 0,1 мкм). Большое влияние на fmax оказывает при этом возрастание Rз , для его снижения металлизацию затвора выполняют с отношением толщины к длине большим единицы, уменьшают W.

Типичные значения fmax дал современных GаAs ПТШ достигают 150 ГГц.

ШУМОВЫЕ СВОЙСТВА

Важнейшим преимуществом ПТШ, обусловившим их широкое применение в приёмных устройствах, является малый уровень шумов. Шумы ПТШ определяются основными составляющими: тепловой, фликкер-шум (или1 / f) и дробовой.

Как известно, тепловой шум вызывается хаотическим движением носителей заряда в проводящей среде, создающим флуктуации тока и напряжения. Для обычного сопротивления тепловой шум учитывается с помощью генератора тока:

(9.13)

или генератора э.д.с.

(9.14)

где Iш2 и Uш2 — квадраты действующего шумового тока и напряжения (при выражении этих величин квадратами они оказываются пропорциональными мощности шумов);

G = 1 / R — проводимость;

k — постоянная Больцмана;

T — температура;

Δ f — полоса частот, в пределах которой измеряется шум.



 

Рис. 9.8:Эквивалентная шумовая схема генератора тока (а) и генератор напряжения (б)

В ПТШ источником теплового шума является сопротивление канала постоянному току. Считая проводимость канала в рабочем режиме примерно равной Gкм = Gк / 2 = gm / 2 получаем:

(9.15)

На средних частотах транзистора этот источник шума является основным.

Фликкер-шум или 1 / f -шум доминирует в области низких частот ( f < 1 ГГц), его интенсивность возрастает примерно обратно пропорционально частоте (отсюда и происходит название 1 / f-шум). Источником 1 / f-шума являются произвольные локальные изменения электрических свойств материалов и их поверхностных состояний. Появляются также дробовые шумы токов утечки. Поэтому особое внимание уделяется совершенствованию технологии изготовления ПТШ с целью уменьшения естественных эффектов в полупроводнике и на поверхности. Применение покрытия поликристаллической плёнкой GаАs снижает шумы, улучшает стабильность параметров и надёжность ПТШ.

Учитывая низкочастотный 1 / f-шум совместно с тепловым, получаем выражение:

(9.16)

где fн — нижняя граничная частота, на которой 1 / f-шум равен тепловому. Источником дробового шума является ток утечки затвора Iт ут. Протекая по сопротивлению канала, ток утечки добавляет свою шумовую составляющую к общим шумам транзистора. Но этот источник шума из-за малости Iз.ут в полевых транзисторах всех видов не является преобладающим и его обычно не учитывают.

Кроме того, в ПТШ имеют место шумы преобразования энергии при столкновении электронов с кристаллической решеткой полупроводника и примесями (шумы генерации-рекомбинации), а также шумы междолинного рассеяния электронов, проявляющиеся только в GаАs при больших напряженностях поля.





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...