Характеристики и параметры полевых транзисторов

Полевые транзисторы широко применяются в качестве усилительных элементов, обладающих высоким входным сопротивлением, а также в ключевых и регулируемых элементов, выполняющих функцию управляемых переменных сопротивлений.

Полевой транзистор также называют униполярным, подчеркивая тем самым, что рабочий ток в нем обусловлен носителями заряда одного знака. Величина этого тока изменяется под действием перпендикулярного к его направлению электрического поля, создаваемого входным сигналом. В зависимости от физической структуры полевые транзисторы делятся на две группы: с управляющим р-n переходом и управляемые изолированным электродом (затвором).

Рассмотрим транзистор с управляющим р-n переходом. Транзистор называется n-канальным, если в качестве носителей тока служат электроны, и р- канальным, -если дырки.

В полевых транзисторах с управляющим р-n переходом подложка, как правило, технологически соединяется с затвором.

В транзисторе на рис. 1.11.а„ ток протекает от истока к стоку по каналу с

Рис. 1.11. Структура (а), обозначение (б) и переходная вольтамперная характеристика(в) полевого n-канального транзистора с управляющим p-n переходом.

проводимостью n-типа, т.е. по n-каналу. Этот канал образует с р- областью управляющего электрода (затвора) р-n переход. Приложение к этому переход) (между затвором р-типа и истоком п-типа) запирающего напряжения приводит к расширению области пространственного заряда р-п перехода, обеднённой носителями тока. Распространение обедненной свободными носителями заряда области на канал приводит к уменьшению тока исток-сток, а при некотором значении напряжения на затворе (U_оm) и к полному прекращению этого тока.

Устройство n—канального транзистора с изолированным затвором показано на рис. 1.12. Затвор изолируется от канала тонким слоем диэлектрика (0,05—0,2 мкм), в качестве которого используется окисел кремния (транзисторы типа МДП: металл-окисел-полупроводник или МОП: металл-окисел-полупроводник) или слоистые структуры SiO₂-А1О₃; SiO₂-Si₃N₄ и др. Металлический затвор и полупроводниковый токовый канал образуют обкладки конденсатора. Изменение напряжения, приложенного к затвору, вызывает значительное распределение зарядов в его полупроводниковом электроде, ведущее к изменению проводимости канала.

Канал может быть создан технологическим путём или образован пода- ваемым на затвор напряжением.

Рис. 1.12. Полевые транзисторы с изолированным затвором: с n—каналом обогащенного (индуцированный канал) (а) и обеденного (встроенный канал) (б) типов

В первом случае его называют встроенным (рис. 1.12.6), во втором-индуцированным (рис. 1.12.а).

Усилительные свойства полевого транзистора полностью определяются семейством выходных статических характеристик, снятых в схеме с общим истоком (рис. 1.13). На рисунке выделяются две области: 1) малых напряжений U_СИ, в которой стоковый ток I_С пропорционален напряжению сток-исток U_СИ и транзистор можно рассматривать как резистор, управляемый напряжением U_ЗИ; 2) больших напряжений U_СИ, когда I_С почти не зависит от U_СИ и транзистор ведёт себя как источник тока, управляемый тем же U_ЗИ.

Рис. 1.13. Статические характеристики полевого транзистора

Основные характеристики полевых транзисторов:

- крутизна характеристики

(1.31)

- выходное сопротивление в режиме управляемого источника тока

(1.32)

- статический коэффициент усиления напряжения

. (1.33)

Эти параметры связаны равенством m=Sr_c (1.34)

Рабочие частоты полевых транзисторов достигают 1 ГГц, а рабочие частоты полевых транзисторов из арсенида галлия с управляющим переходом Шотки (металл-полупроводник) превышают 40 ГГц.

Диапазон управляющих напряжений U_ЗИ полевых транзисторов примерно на два порядка шире рабочего диапазона управляющих напряжений U_БЭ биполярного транзистора и составляет единицы вольт.

Транзисторы с управляющим p–n переходом обладают наиболее низким среди полупроводниковых приборов уровнем шумов в диапазоне частот от долей герц до сотен мегагерц. Важным достоинством полевых транзисторов является их большое входное сопротивление, которое составляет транзисторов с управляющим р-п переходом 10⁶–10⁹ Ом, входное сопротивление транзисторов с изолированным затвором достигает 10⁹–10¹⁵ Ом.

Схемы исследования.

На рис. 3.4. приведены схемы для снятия статических характеристик полевого транзистора. Полярность источников питания и

Рис.3.4. а. Схема для измерения характеристик полевого транзистора с канатом р-типа.

Рис.3.4. б. Схема для измерения характеристик полевого транзистора с каналом n-типа.

приборов соответствует типовому включению ПТ с р-n переходом и каналом р-типа (рис. 3.4. а) и каналом n-типа (рис. 3.4. б)

Ко входу ПТ, участку затвор-исток прикладывается управляющее напряжение U_зиот регулируемого источника постоянного напряжения Е_п1. К выходу ПТ к участку сток-исток прикладывается напряжение U_си от регулируемого источника постоянного напряжения Е_п2.

В работе необходимо определить экспериментально напряжение отсечки U_зи._ост и снять передаточную характеристику 1с=f( U_зи ) при U_сиconst=10В. Затем необходимо снять семейство выходных характеристик Ic=f(U_си) при U_зи =const.

На рис.3.5. приведена схема для исследования зависимости сопротивления канала транзистора от управляющего напряжения затвор-исток R_си =f(U_зи) д ля полевого транзистора каналом р-типа.

Предварительно снимают зависимость U _вых=U_cи=f(U_зи) Значения управляющего напряжения U_зиустанавливают с помощью источника постоянного регулируемого напряжения от U_зи._ост с до 0.

Рис.3.5. Схема, для измерения сопротивления канала транзистора от управляющего напряжения затвор-исток.

Значения сопротивления канала ПТ при фиксированных управляющих напряжениях V_ЗИ рассчитывают по формуле:

R_CU=R* , R=5,l кОм (3.5)

где U­_Г и U_ВЫХ амплитуды переменных напряжений на выходе генератора и между и стоком и истоком полевого транзистора.

Задание к работе в лаборатории

1. Записать паспортные данные исследуемого транзистора и зарисовать схему расположения выводов.

2. Собрать в соответствии с типом канала исследуемого ПТ схему, представленную на рис.3.4. Определить экспериментально напряжение отсечки ПТ. Напряжение U_ЗИ.ОТС (как условно принято на заводах- изготовителях маломощных транзисторов), соответствует определенному току стока, например, равному 10 мкА для ПТ типа КП103, КП305, при напряжении V_СИ= 10В.

3. Снять передаточные характеристики I₀=f(V_ЗИ) при V_СИ = 5 и 10 В. При снятии характеристик задавать 8 - 10 значений управляющего напряжения V_ЗИ, в том числе V_ЗИ =0 и V_ЗИ = V_ЗИ.ОТС. Построить передаточные характеристики.

4. Снять стоковые характеристики транзистора при трех значениях напряжение на затворе V_ЗИ, в том числе при V_ЗИ =0. Построить семейство стоковых характеристик.

5. Собрать схему, представленную на рис.3.5. В качестве генератора G использовать встроенный генератор с частотой генератора f = 1 кГц. Установить на его выходе напряжение U_Г =0,1 В. Приложить между затвором и истоком ПТ постоянное запирающее напряжение, превышающее V_ЗИ.ОТС. При этом практически все напряжение U_Г прикладывается к каналу ПТ (R_{СИ.ЗАКР}>>R) и вольтметр pV~ должен показывать 0,1 В. Затем устанавливают 5...6 значений напряжения V_ЗИ в пределах от V_ЗИ.ОТС до 0 и измеряют соответствующие им значения переменного напряжения U_ВЫХ на канале ПТ с помощью им значения вольтметра pV~. Сопротивление канала определяют расчётным путём по формулу (5.5).

Дата добавления: 2015-05-06