Программа работы. Лабораторная работа № 3 Снять семейство стоковых характеристик ПТ Iс=f(Uси)|Uзи=const

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Лабораторная работа № 3

1. Снять семейство стоковых характеристик ПТ I_с=f(U_си)|U_зи=const.
2. Снять семейство передаточных (стоко-затворных) характеристик I_с=f(U_зи)|U_си=const.
3. Определить электрические параметры исследуемого транзистора:

- крутизну характеристики S при Uси =-10В и Uзи=0;

- внутреннее (дифференциальное) сопротивление канала;

- R-активную составляющую входной проводимости при Uси=-10В,Uзи=0;

- статический коэффициент усиления по напряжению;

- начальный ток стока при Uси=-10В и Uзи=0;

и сравнить полученные электрические параметры со справочными.

Пояснения к работе

Полевой транзистор является очень широко используемым активным (т. е. способным усиливать сигналы) полупроводниковым прибором. Полевыми транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, в которых выходным током управляют с помощью электрического поля, создаваемым между управляющим электродом 3 и И (в биполярных транзисторах выходной ток управляется входным током). Полевой транзистор имеет три электрода: исток (И) – электрод, от которого носители начинают движение; сток (С) – Электрод, к которому они движутся; затвор (3) – общий внешний электрод. Полевые транзисторы называют также униполярными потому, что их работа основана; на использовании носителей одного знака: только дырок пли только электронов, в отличие от биполярных транзисторов, где важную роль играют типы носителей: инжекция неосновных носителей одного знака сопровождается компенсацией основных носителей другого знака при соблюдении условий электрической нейтральности.

Униполярные транзисторы подразделяются на три класса: полевые транзисторы с затвором в виде р-п перехода (ПТ); транзисторы со структурой металл-диэлектрик-полу­проводник (МДП-транзисторы); транзисторы со структурой металл-окисел-полупроводник (МОП-транзисторы).

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом представляет собой тонкую кремневую пластину с одним p-n - переходом в центральной части и омическими контактами по краям (рис.3.1).

Рис. 3.1 – Структура полевого транзистора

Принцип действия этого прибора основан на зависимости p-n перехода от приложенного к нему напряжения. Напряжение Uн < 0 приложено так, что p-n -переход имеет обратное включение.

Особенностью полевого транзистора является то, что на проводи­мость канала оказывает влияние как управляющее напряжение U_зи, так и напряжение U_си.

a)	б)	в)
Рисунок 3.2 – Подключение внешнего напряжения к полевому транзистору: а) Uзи < 0, Uси = 0; б) Uзи = 0, Uси > 0; в) Uзи < 0, Uси > 0;

На рис.3.2а внешнее напряжение приложено только к входной цепи транзистора. Изменение напряжения U_зи приводит к изменению проводимости канала за счет изменения на одинаковую величину его сечения по всей длине канала. Но выходной ток I_с = 0, посколь­ку U_си = 0.

Рис.3.2б иллюстрирует изменение сечения канала при воздей­ствии только напряжения U_си (U_зи = 0). При U_си > 0 через канал протекает ток I_с, в результате чего создается падение напряжения, возрастающее в направлении стока. Суммарное падение напряжения участка исток — сток равно U_си. В cилу этого потенциалы точек ка­нала n-типа будут неодинаковыми по его длине, возрастая в направ­лении стока от нуля до U_си. Потенциал же точек p-области относи­тельно истока определяется потенциалом затвора относительно ис­тока и в данном случае равен нулю. В связи с указанным обратное напряжение, приложенное к p-n переходам, возрастает в направлении от истока к стоку и p-n переходы расширяются в направлении стока. Данное явление приводит к уменьшению сечения канала от истока к стоку. Повышение напряжения U_си вызывает увели­чение падения напряжения в канале и уменьшение его сечений, а, следовательно, уменьшение проводимости канала. При некотором напряжении U_си происходит сужение канала, при котором границы обоих p-n-переходов смыкаются и сопротивление кана­ла становится высоким.

На рис.2.3 в отражено результирующее влияние на канал обоих напряжений U_зи и U_си. Канал показан для случая смыкания p-n переходов.

Управление шириной p-n перехода (или, что то же самое толщиной канала), обедненного подвижными носителями заряда, осуществляется электрическим полем, возникшим в запирающем слое без инжекции носителей. Так как управление сечением канала идет по участку затвор-исток обратно включенного p-n перехода, то входное сопротивление транзистора оказывается очень большим, что выгодно отличает ПТ от биполярного транзистора.

При прямом включении p-n перехода (U_зи>0) возникает относительно большой ток затвора, и сопротивление участка З-И резко уменьшается, поэтому применять такое включение не целесообразно.

При U_зи, равном напряжению отсечки U_отс, обедненный слой полностью перекрывает канал, и ток стока I_с становится равным току утечки I_ут обратно включенного p-n перехода. При подключении источника питания U_си в цепи между электродами С и И протекает ток I_с, величина которого определяется проводимостью канала, и создает падение напряжения вдоль канала, тем самым расширяя обедненный слой в канале от С к И. Увеличение U_си вызывает увеличение I_с, что приводит к дальнейшему расширению обедненного слоя и снижению проводимости канала. Напряжение U_си, при котором резко сокращается увеличение I_с, называется напряжением насыщения U_{си нас}, при U_зи=0 U_{си нас} числено совпадает с напряжением отсечки. U_отс - напряжение, при котором в сечении около стока должно произойти перекрывание канала. Но перекрывание канала и отсечки тока не происходит, т.к. образуется горловина канала с критическим значением напряженности электрического поля. С увеличением U_си горловина удлиняется, за счет чего критическое значение напряженности в горловине канала остаётся постоянным. Таким образом, происходит не отсечка, а лишь ограничение тока I_{с нач}=const, т.е. начальный ток стока I_{с нач} становится независимым от напряжения U_си. Напряжение U_{си нас}, при котором происходит отсечка, если U_зи ≠ 0, определяется из выражения U_{зи отс}=U_зи-U_{си нас} или U_{си нас}=|U_{зи отс}|-|U_зи|, а I_с=I_{с нач} +Iс утч, где Iс утч - относительно малый ток утечки управляющего перехода, который через цепь З замыкается на И.

Ток стока I_с при U_{си нас} называется максимальным током стока.

На рис.3.3 приведено семейство статических выходных (стоковых) характеристик и входная (стоко-затворная) характеристика ПТ с управляющим p-n переходом и каналом n-типа.

Рис.3.3 – Семейство статических выходных (стоковых) характеристик и входная (стоко-затворная) характеристика ПТ

Статические параметры полевого транзистора:

1. Крутизна характеристики S (параметр стоко-затворной характеристики)

.

Этот параметр не постоянен, имеет максимальное значение при Iс нач и минимальное при Iс утч.

, .

2. Активная составляющая выходной проводимости

.

Величина, обратная проводимости, соответствует внутреннему (дифференциальному) сопротивлению R_I:

.

Этот параметр характеризует насыщенный режим ПТ, при котором Iс нач изменяется значительно (R_I имеет значение от нескольких десятков до сотен кОм). Особенно важен для случаев применения ПТ в схемах аналоговых коммутаторов и модуляторов или в качестве регулирующего сопротивления.

3. Статический коэффициент усиления по напряжению

показывает во сколько раз эффективнее изменение напряжения на затворе воздействует на ток Iс, чем изменение напряжения на стоке. Этот коэффициент определяет потенциальные возможности ПТ как усилителя напряжения, и его можно представить выражением

Это соотношение называют внутренним уравнением, и оно справедливо для всех управляемых электронных приборов. Порядок μ несколько сотен.

4. Дифференциальное сопротивление входной цепи Rзи определяется при разомкнутой цепи стока и соответствует дифференциальному сопротивлению обратно включенного диода. Величина Rзи - от нескольких сотен кОм до нескольких мОм.

Параметры полевых транзисторов, выпускаемых отечественной промышленностью, приведены в табл.3.1.

Таблица 3.1

Тип транзистора	Ic нач, мА	Iз, мА	Uотс, В	Sмакс, мА/В	Uси макс,В	Uзи макс,В	Примечание
КП 101Г	0.15-2			0.15		-	Низкочастотные маломощные
КП 103И	0.8-1.8		0.8-3.0	0.8-2.6
КП 201Е	0.3-0.65		1.5	0.4
КП 303Е	5-20						Высокочастотные маломощные
КП 903В					-	-	Высокочастотные большой мощности

Дата добавления: 2015-05-06