Полевой транзистор

5.1 Теоретические сведения

5.1.1 Типы полевых транзисторов, принцип действия, область применения

Полевые транзисторы представляют собой полупроводниковые приборы, в которых используется движение основных носителей заряда под воздействием продольного электрического поля через канал, электропроводностью которого можно управлять с помощью поперечного электрического поля. Область, из которой носители заряда выходят (истекают) в канал, называется истоком, а область, в которую они входят (стекают) – стоком. Напряжение, изменяющее электропроводность канала, прикладывается между управляющим электродом - затвором и истоком.

Структуры полевых транзисторов очень разнообразны. В большинстве из них канал представляет собой слаболегированный тонкий слой, расположенный либо непосредственно у поверхности полупроводникового кристалла, либо на некотором расстоянии от поверхности параллельно ей. Таким образом носители движутся вдоль поверхности. Исток и сток обычно сильнолегированные области.

Существуют три типа полевых транзисторов, различающихся физической структурой и способом управления проводимостью канала. В полевых транзисторах с изолированным затвором между металлическим затвором и каналом расположен слой диэлектрика так, что образуется структура металл – диэлектрик – полупроводник (МДП). По этой причине такие транзисторы называют также МДП-транзисторами. Поперечное электрическое поле, проникая через тонкий слой диэлектрика, управляет концентрацией носителей заряда в канале. В зависимости от способа изменения типа электропроводности на поверхности кристалла различают МДП-транзисторы с индуцированным и встроенным каналами. В транзисторах, изготовленных на основе кремния, в качестве диэлектрика обычно используется диоксид кремния SiO₂, поэтому их обычно называют МОП-транзисторами.

В полевых транзисторах с управляющим переходом металл – полупроводник металлический электрод затвора образует с приповерхностным слоем канала выпрямляющий контакт, на который в рабочем режиме подается обратное напряжение. Оно изменяет толщину обедненного слоя контакта и тем самым управляет толщиной проводящей части канала, количеством носителей заряда в канале и током через него. В полевых транзисторах с управляющим p-n переходом в качестве затвора используется область противоположного типа проводимости по отношению к каналу, образующая с ним p-n переход, который в рабочем режиме имеет обратное включение. Напряжение на затворе изменяет толщину обедненного слоя управляющего p-n перехода и тем самым толщину проводящей части канала, число носителей заряда в нем и, следовательно, ток в канале.

Полевые транзисторы различают также по типу проводимости канала: с каналом p - или n -типа.

Характерным для всех полевых транзисторов является очень малый ток в цепи затвора, так как затвор либо изолирован, либо образует с каналом управляющий переход, включаемый в обратном направлении. Так как затвор в электрических схемах обычно является входным электродом, то полевой транзистор обладает высоким входным сопротивлением на постоянном токе (более 10⁸ ÷ 10¹⁰ Ом). В этом заключается важнейшее отличие полевых транзисторов от биполярных: во входной цепи последних (обычно базовой) протекает значительный ток при прямом напряжении на переходе эмиттер-база. Поэтому входное сопротивление биполярных транзисторов весьма мало (десятки – сотни Ом в схемах с общей базой и общим эмиттером).

В связи с указанным различием входных сопротивлений иногда говорят, что полевой транзистор – это прибор, управляемый напряжением (электрическим полем), а биполярный – прибор, управляемый током. В приборах, управляемых напряжением, напряжение на входном электроде прибора из-за высокого входного сопротивления R_вх практически не зависит от параметров самого прибора и определяется ЭДС генератора входного сигнала, если R_вх >> R_ген, где R_ген – внутреннее сопротивление генератора. В приборах, управляемых током, входной ток из-за малого входного сопротивления прибора слабо зависит от параметров прибора и определяется током генератора входного сигнала (при R_вх << R_ген).

В настоящее время наибольшее применение находят транзисторы с изолированным затвором, прежде всего благодаря внедрению микроэлектроники. МОП-транзисторы широко используются в кремниевых сверхбольших интегральных схемах (СБИС): микропроцессорах, микроЭВМ, запоминающих устройствах большой информационной емкости, устройствах медицинской электроники и др. Мощные МОП-транзисторы применяются в переключающих схемах.

Транзисторы с управляющим переходом металл – полупроводник на арсениде галлия используются для создания сверхскоростных цифровых интегральных микросхем и в СВЧ-устройствах. Транзисторы с управляющим p-n переходом на кремнии используются в основном как низкочастотные дискретные приборы.

5.1.2 Полевой транзистор с управляющим p-n -переходом

5.1.2.1 Устройство и принцип действия

Полевые транзисторы с управляющим p-n -переходом могут быть изготовлены на основе кристалла полупроводника n - или p -типа.

Упрощенная структура кристалла полевого транзистора с управляющим p-n - переходом, изготовленного на основе полупроводника n-типа, показана на рисунке 5.1. Транзистор состоит из области n-типа и двух областей p -типа. Области p -типа электрически соединяются вместе и образуют затвор.

Рисунок 5.1 – структура полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

На границах раздела полупроводников n- и p- типа образуются обедненные слои (или области пространственного заряда (ОПЗ), поскольку в них присутствует нескомпенсированный заряд ионов примесей), обладающие высоким сопротивлением. Канал представляет собой часть полупроводниковой области n -типа, заключенную между p-n -переходами. Если к каналу подсоединить внешний источник постоянного напряжения, в канале создается продольное электрическое поле, под действием которого электроны в канале перемещаются в сторону положительного полюса источника.

Движение основных носителей заряда в канале за счет напряжения на стоке относительно истока U_СИ обусловливает прохождение тока в канале и в цепи стока I_С.

На затвор относительно истока подается напряжение U_ЗИ, смещающее p-n переходы затвор – канал в обратном направлении. При увеличении напряжения источника U_ЗИ обратное напряжение на p-n -переходах увеличивается, запирающие слои расширяются, уменьшая сечение канала. При этом электропроводность канала и проходящий через него ток уменьшаются. Таким образом, изменяя напряжение на затворе, можно управлять током, проходящим через канал полевого транзистора. При некотором напряжении на затворе может произойти смыкание областей объемного заряда, т. е. канал перекрывается. Напряжение на затворе (при U_ЗИ = 0), при котором канал перекрывается, называется напряжением отсечки и обозначается U_{ЗИ отс}.

эффективное управление сечением канала происходит в том случае, если запирающий слой p-n перехода располагается в основном в полупроводнике n -типа. Это достигается выбором концентрации доноров и акцепторов таким образом, чтобы выполнялось условие N_А >> N_Д. На высокую концентрацию акцепторов указывает знак «+» в обозначении p-области (p⁺).

Когда U_СИ не равно 0, в канале протекает ток стока I_С. Если выбрать сечение канала на расстоянии x от истока, то падение напряжения на этом участке U( x ) будет пропорционально сопротивлению участка канала и току I_С. В сечении x напряжение на управляющем p-n -переходе складывается из напряжений U_ЗИ и U( x ).

Напряжение U( x ) при изменении x от 0 до l (l – длина канала) изменяется от 0 до U_СИ. По этой причине ширина запирающего слоя увеличивается, а сечение канала уменьшается при приближении к стоку (рисунок 5.1).

Таким образом, ширина канала, определяющая его сопротивление, и ток стока I_С зависят от напряжений U_ЗИ и U_СИ. если начиная c некоторой точки x сумма напряжений U_ЗИ и U( x ) будет равна, а затем превысит напряжение U_{ЗИ отс}, произойдет перекрытие канала. В действительности полного перекрытия канала путем увеличения напряжения U_СИ получить нельзя, поскольку само перекрытие является следствием прохождения тока стока. В результате автоматически устанавливается некоторая малая ширина канала.

На рисунке 5.2 показано условное графические обозначения полевого транзистора с управляющим p-n -переходом и схема включения с общим истоком.

а) б)

в)

Рисунок 5.2 –Условные графические обозначения полевого транзистора с управляющим p-n- переходом (а – с каналом n -типа, б – с каналом p -типа) и схема включения с общим истоком (в)

5.1.2.2 Статические характеристики полевого транзистора с управляющим p-n -переходом

Статические выходные (стоковые) характеристики. Семейство стоковых характеристик полевого транзистора, выражающих зависимость I_С = f (U_СИ) при U_ЗИ = const, изображено на рисунке 5.3. Рассмотрим стоковую характеристику, снятую при U_ЗИ = 0.

Если бы сопротивление канала не зависело от проходящего через него тока стока I_С, ток I_С был бы связан с напряжением U_СИ линейной зависимостью. Но ток I_С создает на сопротивлении канала падение напряжения U( x ), увеличивающее области объемного заряда переходов. Вследствие этого увеличение напряжения U_СИ сопровождается уменьшением площади сечения канала и увеличением его сопротивления, что приводит к замедлению роста тока I_С. При некотором напряжении на стоке, обозначаемом U_{СИ нас} и называемом напряжением насыщения канал в области стока перекрывается. это происходит при | U_{СИ нас} | = | U_{ЗИ от с}|. Ток стока, при котором перекрывается канал, называют начальным и обозначают I_{С нач}. Если к затвору полевого транзистора приложить напряжение U_ЗИ, смещающее p-n -переход в обратном направлении, то перекрытие канала наступит при меньшем значении напряжения U_СИ. Это объясняется тем, что к p-n переходу между затвором и стоком прикладывается обратное напряжение, равное | U_ЗИ | + | U_СИ |. Смыкание переходов произойдет при условии равенства этого суммарного напряжения напряжению отсечки:

| U^'_{СИ нас} | + | U^'_ЗИ | = | U_{ЗИ отс} | = | U_{СИ нас} |. (1)

Учитывая, что в полевых транзисторах с каналом n- типа U_СИ > 0, а U_ЗИ < 0 и U_{ЗИ отс} < 0, из уравнения (1) получаем

| U^'_{СИ нас} | = | U_{СИ нас} | – | U^'_ЗИ |. (2)

I_{Cнач - - - - - - - -}

Рисунок 5.3 – Семейство выходных (стоковых) характеристик полевого транзистора с управляющим p-n -переходом

Область стоковых характеристик, соответствующая напряжениям 0 < U_СИ < U_{СИ нас}, называется крутой или омической. Последнее название связано с тем, что дифференциальное сопротивление канала полевого транзистора в данной области определяется напряжением на затворе. Вследствие этого полевые транзисторы широко используются в качестве переменных резисторов, управляемых электрическим способом.

Участки стоковых характеристик, снятые при U_СИ > U_{СИ нас}, соответствуют перекрытию канала (или насыщению). При напряжении U_СИ, большем напряжения перекрытия, увеличиваются длина перекрытой части канала и его сопротивление. Если бы длина перекрытой части канала линейно зависела от напряжения U_СИ, то с его ростом пропорционально увеличивалось бы сопротивление канала, а проходящий через него ток стока оставался постоянным. На самом деле длина перекрытой части канала зависит от напряжения U_СИ так же, как глубина проникновения области объемного заряда δ в канал, определяемая формулой

. (3)

Согласно уравнению (3), длина перекрытой части канала и его сопротивление пропорциональны и увеличиваются с ростом напряжения U_СИ более медленно. Поэтому в области перекрытия канала увеличение напряжения U_СИ сопровождается небольшим возрастанием тока стока.

Стоковые характеристики полевого транзистора с управляющим p-n -перехо­дом могут быть достаточно точно представлены аналитической зависимостью тока I_С от напряжений U_ЗИ, U_СИ и U_{ЗИ отс}:

для крутой области

; (4)

для пологой области

. (5)

Начальный ток стока I_{С нач} и напряжение отсечки U_{ЗИ отс} определяются размерами канала (L и b) и физическими параметрами полупроводникового кристалла (подвижностью основных носителей, диэлектрической проницаемостью), а также законом распределения примесей в канале.

Статические характеристики передачи. Статическая вольт-амперная характеристика передачи, называемая также стокозатворной, проходной или характеристикой управления полевого транзистора, отображает зависимость I_С = f (U_ЗИ) при U_СИ = const в режиме перекрытия канала. Следовательно, эта характеристика описывается уравнением (5). Семейство характеристик передачи изображено на рисунке 5.4. Вид характеристики показывает, что при увеличении напряжения U_ЗИ, смещающего p-n -переход в обратном направлении, ток стока уменьшается, а при U_ЗИ = U_{ЗИ отс} ток стока становится равным нулю. Таким образом характеристика передачи полевого транзистора может быть использована для определения напряжения отсечки.

U_ЗИотс

Рисунок 5.4 – семейство передаточных (стокозатворных) характеристик полевого транзистора с управляющим p-n -переходом

5.1.3 МОП-транзисторы с индуцированным каналом

5.1.3.1 Устройство и принцип действия

Упрощенная структура МОП-транзистора с индуцированным каналом n -типа показана на рисунке 5.5. В полупроводнике p -типа, называемом подложкой, методом диффузии образованы две n⁺ -области, не имеющие между собой электрического соединения. Одна из них называется стоком, другая – истоком. Эти области отделены друг от друга двумя включенными встречно p-n -переходами, образованными на границах n⁺- и p- областей. Поэтому если между стоком и истоком включить источник постоянного напряжения U_СИ, то в цепи потечет очень малый ток, обусловленный обратным током p-n -переходов.

Рисунок 5.5 – структура МОП-транзистора с индуцированным каналом n -типа

Если к металлическому затвору приложить положительное напряжение относительно подложки, то под действием электрического поля начнется оттеснение дырок от поверхности полупроводника, расположенной напротив затвора, в глубину полупроводника. В результате этого концентрация дырок в приповерхностном слое уменьшается, а концентрация электронов увеличивается. При некотором значении внешнего напряжения на затворе концентрация электронов в этом слое может оказаться больше, чем концентрация дырок. Произойдет инверсия типа электропроводности. Слой с инверсной электронной электропроводностью, отделенный от полупроводника p -типа областью, обедненной свободными носителями заряда, соединяет n⁺- области стока и истока, т. е. служит каналом.

Если между стоком и истоком включить внешний источник напряжения U_СИ, то при некотором значении напряжения на затворе, которое называется пороговым (U_{ЗИ пор}), в цепи сток – исток пойдет электрический ток. В канале транзистора этот ток обусловлен движением электронов. Так как электроны должны двигаться от истока к стоку, источник внешнего напряжения U_СИ следует подключать положительным полюсом к стоку, а отрицательным – к истоку. Из-за падения напряжения на канале при прохождении по нему тока поперечное электрическое поле вблизи истока оказывается больше, чем вблизи стока, вследствие чего концентрация электронов в канале у истока больше, чем у стока. При увеличении положительного напряжения на затворе концентрация электронов в инверсном слое в будет увеличиваться. Это приведет к увеличению электропроводности канала и к росту тока стока. Режим работы полевого транзистора, при котором увеличение абсолютного значения напряжения на затворе приводит к увеличению тока стока, называется режимом обогащения. Следовательно, МОП-транзисторы с индуцированным каналом могут работать только в режиме обогащения и поэтому их иногда называют полевыми транзисторами обогащенного типа.

На рисунке 5.6 даны условные графические обозначения МОП-транзисто­ров с индуцированным каналом.

а) б)

Рисунок 5.6 Условное графическое обозначение МОП-транзистора с индуцированным каналом n -типа (а) и p -типа (б)

5.1.3.2 Статические характеристики МОП-транзисторов с индуцированным каналом

На рисунке 5.7 показаны статические выходные (стоковые) характеристики МДП-транзи­стора с индуцированным каналом p -типа. Эти характеристики снимаются при напряжениях на затворе, превышающих пороговое напряжение.

Рисунок 5.7 – выходные (стоковые) характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом p -типа

Если бы с ростом напряжения U_СИ ширина индуцированного канала не изменялась, его сопротивление оставалось бы постоянным, а зависимость I_C = f (U_СИ) – линейной. Но при уве­личении тока стока увеличивается падение напряжения на сопротивлении канала, вследствие чего он вблизи стока сужается. Когда ток стока достигает определенного значения, канал вблизи стока почти перекрывается и происходит ограничение тока стока, как в транзисторах с управляющим p-n -переходом.

При увеличении отрицательного напряжения на затворе стоковые характеристики смещаются вверх. Это обусловлено увеличением ширины канала и его электропроводности.

Анализ показывает, что стоковые характеристики МДП-транзисторов описываются следующими аналитическими зависимостями:

в крутой области

; (6)

в пологой области

. (7)

Здесь – коэффициент (А/В)², именуемый удельной крутизной. Как видно из формулы, она зависит от длины и ширины канала, материала диэлектрика и его толщины, а также от подвижности носителей в канале..

Статические характеристики передачи, или стокозатворные характеристики МОП-транзи­стора с индуцированным каналом, выражают зависимость I_C = f (U_ЗИ) при U_СИ = const. Эти характеристики (рисунок 5.8) обычно приводятся для режима насыщения и описываются уравнением (7).

Рисунок 5.8 – Передаточные (стокозатворные) характеристики МОП-тран­зистора с индуцированным каналом p -типа

5.1.4 МОП-транзисторы со встроенным каналом

5.1.4.1 Устройство и принцип действия

Рисунок 5.9 – структура МОП-транзистора со встроенным каналом n -типа

В МОП-транзисторах со встроенным каналом на стадии их изготовления между областями стока и истока технологическим путем создается тонкий приповерхностный слой (канал) с таким же типом электропроводности, что и электропроводность областей стока и истока (рисунок 5.9). Поэтому в таких транзисторах при нулевом напряжении на затворе включение источника постоянного напряжения между стоком и истоком сопровождается прохождением через канал некоторого тока, называемого начальным током стока. Увеличение положительного напряжения на затворе МДП-транзистора со встроенным каналом n -типа приводит к увеличению концентрации электронов в канале и увеличению тока стока. При подаче на затвор такого транзистора отрицательного напряжения происходит отток электронов в глубину полупроводника, концентрация электронов в канале и его электропроводность уменьшаются, что приводит к уменьшению тока стока. При некотором отрицательном напряжении на затворе, называемом напряжением отсечки (U_{ЗИ отс}) произойдет инверсия типа электропроводности канала, и n -области стока и истока окажутся разделенными областью полупроводника p -типа. Ток стока уменьшится до значения, определяемого обратным током p-n -перехода.

Режим работы полевого транзистора, при котором увеличение по абсолютной величине напряжения на затворе приводит к уменьшению тока стока, называется режимом обеднения. Следовательно, МОП-транзисторы со встроенным каналом могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения и называются полевыми транзисторами обедненного типа.

На рисунке 5.10 даны условные графические обозначения МОП-транзисто­ров с индуцированным каналом.

Рисунок 5.10 Условное графическое обозначение МОП-транзистора со встроенным каналом n -типа (а) и p -типа (б)

5.1.4.2 Статические характеристики МОП-транзисторов со встроенным каналом

Выходные (стоковые) статические характеристики МОП-транзисторов со встроенным каналом отличаются от аналогичных характеристик МОП-транзисто­ров с индуцированным каналом тем, что содержат характеристики, снятые как при отрицательных, так и при положительных напряжениях на затворе (рисунок 5.11). На характеристиках заметно выражены две области: крутая, соответствующая неперекрытому каналу, и пологая, соответствующая перекрытому каналу, или режиму насыщения тока стока. Наклон характеристик и сопротивление канала транзистора в крутой области определяются напряжением на затворе. Ток стока в МДП-транзисторах со встроенным каналом связан с напряжениями U_СИ, U_ЗИ, U_{ЗИ отс} такими же аналитическими зависимостями (4) и (5), как в полевых транзисторах с управляющим p-n -переходом.

Характеристики передачи (стокозатворные) МОП-транзистора со встроенным каналом отличаются от аналогичных характеристик полевых транзисторов других типов тем, что имеют участки при положительных и отрицательных напряжениях на затворе. На рисунке 5.10 показаны характеристики передачи МОП-транзистора со встроенным каналом n -типа. Увеличение положительного напряжения на затворе приводит к увеличению концентрации электронов в канале и увеличению тока стока, а увеличение отрицательного напряжения на затворе сопровождается уменьшением концентрации и снижением тока стока. При U_ЗИ = U_{ЗИ отс} транзистор запирается и I_С = 0. Аналитическая зависимость тока стока от напряжений U_ЗИ и U_{ЗИ отс} в МОП-транзисторах со встроенным каналом определяется выражением (5).

Режим обогащения

Режим обеднения

Рисунок 5.11 – Выходные (стоковые) характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом n -типа

Режим обеднения Режим обогащения

U_ЗИотс

Рисунок 5.12 – Передаточные (стокозатворные) характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом n -типа

5.1.5 Полевой транзистор как линейный четырехполюсник. Дифференциальные параметры полевых транзисторов

В режимах работы с малыми амплитудами сигнала ПТ любого типа, как и биполярный транзистор, можно представить в виде линейного четырехполюс­ника. Из-за высокого входного сопротивления полевых транзисторов наиболее подходящей как с позиций измерений, так и использования является система y -параметров. В этой системе токи затвора и стока рассматриваются как функции напряжений U_ЗИ и U_СИ:

I_З = f (U_ЗИ, U_СИ); I_С = f (U_ЗИ, U_СИ).

Уравнения четырехполюсника имеют вид:

;

.

Если заменить малые комплексные амплитуды бесконечно малыми приращениями, то из этих формул можно получить выражения для полных дифференциалов токов:

; (8)

. (9)

Частные производные в уравнениях (8) и (9) являются дифференциальными g -парамет­рами полевого транзистора; g -параметры – это вещественные части соответствующих y -параметров.

5.1.5.1. Проводимость прямой передачи или крутизна стокозатворной характеристики

U_СИ = const.

Она показывает, на сколько миллиампер (ампер) изменяется ток стока, если при постоянном U_СИ напряжение на затворе меняется на 1В. Крутизна позволяет сравнить транзисторы по их управляющим свойствам. Значения S лежат в пределах от 0,5 мА/В до нескольких ампер на вольт и в значительной мере определяются отношением ширины канала b к его длине l (с ростом b/l крутизна растет) и подвижностью носителей заряда. Так как подвижность электронов больше подвижности дырок, то при одинаковых размерах и разности напряжений U_ЗИ – U_пор крутизна n -канальных транзисторов выше, чем p -канальных.

В МОП-транзисторах для повышения крутизны необходимо уменьшать толщину подзатворного диэлектрика.

5.1.5.2. Выходная проводимость

U_ЗИ = const.

Наиболее часто используется не выходная проводимость, а выходное (внутреннее) сопротивление

R_i = 1 / g_{22 и} =

U_ЗИ = const.

Внутреннее сопротивление составляет от нескольких десятков до сотен килоом.

5.1.5.3. Статический коэффициент усиления по напряжению

.

I_С = const

Он показывает, во сколько раз изменение напряжения на затворе больше влияет на ток стока, чем изменение напряжения на стоке. Значение μ_у может достигать нескольких сотен.

Дифференциальные параметры можно определить по статическим характеристикам транзистора (рисунки 8 и 9), используя формулы:

; ; .

U_СИ = const U_ЗИ = const

Поскольку характеристики полевых транзисторов нелинейны, значения дифференциальных параметров зависят от положения выбранной рабочей точки (режима по постоянному току), т. е. значений напряжений U_СИ и U_ЗИ.

5.2 Цель работы

Научиться определять статические и дифференциальные параметры ПТ.

5.3 Задачи

Для достижения поставленной цели вам необходимо решить следующие задачи:

– провести измерения и построить статические вольт-амперные характеристики (ВАХ) МОП-тразистора или ПТ с управляющим p-n-переходом (по заданию преподавателя);

– определить статические параметры ПТ;

– рассчитать дифференциальные параметры ПТ.

5.4 Порядок работы и методы решения задач

5.4.1 Из справочника /1/ выпишите кратко основные электрические параметры исследуемого ПТ, выполните эскиз внешнего вида со схемой расположения выводов, зарисуйте условное графическое обозначение /5/, расшифруйте маркировку ПТ.

Изобразите схему включения ПТ с общим истоком в активном режиме /2, раздел 6.1/, укажите токи и напряжения во входной и выходной цепях. Дайте эскиз структуры ПТ.

5.4.2 С помощью лабораторного макета, передняя панель которого с элементами управления и контроля режимов ПТ показана на рисунке 6.1, проведите измерения статических выходных и передаточных характеристик ПТ /2, раздел 6.3, 3, разделы 6.1, 6.5/.

Измерение статических ВАХ с помощью лабораторного макета производится по точкам методом вольтметра-амперметра.

Принципиальная электрическая схема измерительного макета приведена на рис. 6.2.

Определите по справочнику /1/ тип проводимости канала исследуемого вами ПТ и переведите ключи измерения полярности напряжения на стоке и затворе в положение, соответствующее его работе в активном режиме (см. рисунок 6.1). Подключите испытуемый ПТ к измерительному блоку.

При измерении выходных ВАХ ПТ необходимо задавать различные напряжения на стоке и измерять соответствующие им токи стока. Напряжение на стоке меняйте от нуля до 10 В.

Выходную характеристику ПТ измерьте четыре раза при постоянных напряжениях на затворе U_зи = 0; 0,25; 0,5 и 1,0 В.

При измерении передаточной характеристики ПТ необходимо задавать различные напряжения на затворе и измерять соответствующие им значения тока стока при условии постоянства напряжения между стоком и истоком.

Напряжение на затворе меняйте от нуля до значений, при которых I_с» 0.

Передаточную характеристику измерьте четыре раза при постоянных напряжениях на стоке U_си = 0,5; 1,0; 5,0 и 10 В.

5.4.3 Используя результаты полученных измерений, постройте семейства выходных и передаточных характеристик ПТ.

5.4.4 По статическим ВАХ ПТ определите его статические параметры и укажите их на графиках /3, разделы 6,1 и 6.5; 4/:

– начальный ток стока I_{с нач} при U_СИ = 10 В;

– напряжение отсечки U_{зи отс} или пороговое напряжение U_{ЗИ пор} (в зависимости от типа транзистора) при I_С = 0,01 мА;

– напряжение насыщения U_{си нас} при U_зи = 0; 0,25; 0,5 и 1,0 В.

На основе построенных статических ВАХ ПТ рассчитайте его дифференциальные параметры /2, раздел 6.5; 4/ методом графического дифференцирования:

– активную составляющую g_22и полной выходной проводимости ПТ при U_си = 10 В; U_зи = 0;

– крутизну характеристики S при U_зи = 0 и при напряжениях U_си = 0,5; 1,0; 5,0 и 10 В;

– коэффициент усиления m при U_{з и} = 0 и U_си = 10 В.

Постройте зависимость крутизны S от напряжения U_си.

При расчете дифференциальных параметров ПТ методом графического дифференцирования величины приращений токов и напряжений на электродах ПТ необходимо выбирать такими, чтобы в пределах этих приращений участок статической ВАХ ПТ оставался линейным.

Отчет о работе должен содержать результаты измерений и вычислений по всем пунктам задания.

Для успешной защиты выполненной работы вы должны знать принцип работы ПТ с управляющим p-n-переходом, его основные статические и дифференциальные параметры, уметь их определять, уметь пояснить ход статических ВАХ, сравнить с другими типами усилительных приборов.

Рисунок 5.13 – Лицевая панель измерителя статических характеристик полевых транзисторов

Рисунок 5.14 – принципиальная электрическая схема измерителя статических характеристик полевых транзисторов

Литература

1 Аксенов А. И. Отечественные полупроводниковые приборы. Транзисторы биполярные. Диоды. Варикапы. Стабилитроны и стабисторы. Тиристоры. Оптоэлектронные приборы. Аналоги отечественных и зарубежных приборов: Справ. изд. – 6-е изд., доп. и испр. – М.: Солон-Пресс, 2008.–589 с.: ил.

2 Шишкин Г. Г. Электроника: Учеб. для вузов / Г. Г. Шишкин, А. Г. Шишкин. – М.: Дрофа, 2009. – 703 с.: ил.

3 Пасынков В. В., Чиркин Л. К. Полупроводниковые приборы: Учеб. пособие. – 8-е изд., испр. – СПб.: Лань, 2006. – 480 с.: ил.

4 ГОСТ 19095-73. Транзисторы полевые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

5 ГОСТ 2.730-73. Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые.

Приложение А

(обязательное)

Дата добавления: 2015-05-06