Характеристики полевых транзисторов
План
Введение
. Общие положения
. Порядок выполнения
.1 Исследование ПТ с затвором в виде p-n-перехода с каналом
"n"-типа (транзистор КП 303Е)
.2 Исследование ПТ с затвором с каналом "р"-типа
(транзистор КП 301Г)
Введение
Цель работы: Изучение различных полевых транзисторов (ПТ), включенных по
схеме с общим истоком; приобретение навыка снятия статических вольтамперных
характеристик (ВАХ), вычисление по ним электрических параметров; выяснение
влияния управляющего напряжения на выходной ток.
1. Общие
положения
Полевым называют транзистор, управляемый электрическим полем,
или транзистор с управляемым каналом для тока.
Ток в полевом транзисторе создается носителями заряда только одного знака
(электронами или дырками), вследствие чего эти транзисторы часто называют униполярными.
Поскольку носители заряда в полевом транзисторе являются основными для
активной области, его параметры не зависят от времени жизни неосновных
носителей (как у биполярных транзисторов), что определяет высокие частотные
свойства и меньшую зависимость от температуры.
Каналом считают центральную область транзистора
Электрод, из которого в канал поступают основные носители заряда,
называют истоком И, а электрод, через который основные носители
уходят из канала, - стоком С. Электрод, служащий для
регулирования поперечного сечения канала, называют затвором З.
Изготавливают полевые транзисторы из кремния. В зависимости от
электропроводности исходного материала различают транзисторы с p- и n-
каналом.
В отличие от биполярных полевые транзисторы имеют высокое входное
сопротивление и поэтому требуют очень малых мощностей для управления. Полевые
транзисторы подразделяются на два основных типа: с затвором в виде
p-n-перехода и с изолированным затвором.
Полевой транзистор представляет собой кремниевую пластину, например n-типа,
на верхней и нижней гранях которой создаются области с проводимостью
противоположного типа, например p-типа. Эти области электрически
связаны, образуя единый электрод-затвор. Область с n-проводимостью,
расположенная между p-областями; образует токовый канал. На торцевые
поверхности пластины наносят контакты, образующие два других электрода И и С,
к которым подключается источник питания Uс и при
необходимости сопротивление нагрузки. Между каналом и затвором создаются два
p-n-перехода. Ток протекает от истока к стоку по каналу, сечение
которого зависит от затвора.
При увеличении отрицательного потенциала на затворе p-n-переходы
запираются и расширяются практически за счет канала, сечение канала, а,
следовательно, и его проводимость, уменьшаются, ток через канал падает. При
некотором Uз = Uзо, называемом напряжением
отсечки, области p-n-переходов смыкаются по всей длине канала,
сток и исток оказываются изолированными друг от друга, ток Iс
равен нулю.
Если при Uз = const увеличивать Uс,
то ток через канал (Iс) возрастет. При этом увеличивается
падение напряжения на канале, которое способствует увеличению обратного
напряжения на p-n-переходах, вызывая тем самым сужение канала. При
некотором Uс = Uнас, называемом напряжением
насыщения, канал настолько сужается, что дальнейшее увеличение Uс
не увеличивает Iс.
Полевые транзисторы с изолированным затвором или
МДП-транзисторы
находят более широкое применение, так как имеют более простую конструкцию и
обладают лучшими электрическими свойствами.
У МДП-транзисторов (металл - диэлектрик - полупроводник) между
полупроводниковым каналом и металлическим затвором расположен изолирующий слой
диэлектрика.
Принцип работы МДП-транзисторов основан на эффекте изменения проводимости
приповерхностного слоя полупроводника под воздействием поперечного
электрического поля. МДП-транзисторы управляются напряжением и имеют
чрезвычайно большое входное сопротивление и в отличие от полевых транзисторов с
затвором в виде p-n-перехода сохраняют его большим независимо от
величины и полярности входного напряжения. Применяются две конструкции
МДП-транзисторов: МДП-транзиторы со встроенным каналом и
МДП-транзисторы с индуцированным каналом.
У МДП-транзисторов со встроенным каналом (рис. П 3) в
полупроводниковой пластине (подложке), например n-типа, в процессе
изготовления в приповерхностном слое создаются области, например p-типа,
образующие электроды стока и истока. Перемычка между С и И с проводимостью p-типа
является каналом для протекания тока стока Iс даже при
отсутствии управляющего напряжения Uз = 0 на затворе.
При подаче положительного напряжения на затвор электрическое поле
выталкивает основные носители (дырки) из канала, его сопротивление растет, а Iс
падает. Такой режим носит название "режима обеднения". При
отрицательном напряжении на затворе электрическое поле притягивает дырки из
подложки, они скапливаются в области канала, сопротивление канала уменьшается, Iс
растет ("режим обогащения").
У МДП-транзисторов с индуцированным каналом (рис. П 4) последний
заранее не создается, и в транзисторах, использующих пластину с проводимостью,
например, n-типа, при Uз > 0 и Uз =
0 ток Iс = 0. Образование канала в таких приборах происходит
при подаче на затвор только отрицательного напряжения (Uз
< 0). Тогда в результате вытеснения из поверхностного слоя электронов
и подтягивания дырок из n-пластины происходит образование между стоком и
истоком инверсного слоя полупроводника с проводимостью, аналогичной
проводимости С и И, в данном случае p-типа, и, чем более отрицательным
будет напряжение на затворе, тем больший Iс будет в
канале. Основные характеристики полевых транзисторов: крутизна
характеристики передачи
S = dIс / dUз при Uс = const;
дифференциальное сопротивление стока (канала) на участке
насыщения
вых = dUс / dIс при Uз = const.
2. Порядок
выполнения
.1
Исследование ПТ с затвором в виде p-n-перехода с каналом "n"-типа (транзистор КП 303Е)
· Собрать схему рис. 1.
Рис.
1. Схема включения ПТ с затвором в виде p-n-перехода
и каналом "n"-типа по схеме с ОИ
Для
амперметра A2
установить предел 20мА, для вольтметров V1, V2 - 20 В.
После проверки схемы преподавателем перевести ручки регуляторов напряжения
источников E1, E2 в крайнее левое положение, включить источники.
· Снять проходные характеристики транзистора при Uси = const
при четырех значениях Uзи = 6 4,2 3 1,2 0,6 В, соответственно.
Для этого установить и поддерживать в течение опыта неизменным значение
напряжения между стоком и истоком Uси с помощью
регулятора напряжения источника E2. Далее, изменяя напряжение между
затвором и истоком Uзи с помощью регулятора напряжения
источника E1, записать соответствующие значения тока стока Ic.
Результаты свести в таблицу 1.
Таблица 1
Uзи, В
|
Ic,
мА
|
|
Uси =
6 В
|
Uси =
4,2 В
|
Uси =
3 В
|
Uси =
1,2 В
|
Uси =
0,6 В
|
0
|
8,04
|
7,91
|
7,66
|
5,24
|
2,99
|
-0,774
|
4,96
|
4,86
|
4,69
|
3,63
|
2,2
|
-1,29
|
3,03
|
2,94
|
2,84
|
2,37
|
1,57
|
-1,806
|
1,06
|
1
|
0,95
|
0,79
|
0,62
|
-2,58
|
0
|
0
|
0
|
0
|
2.2
Исследование ПТ с затвором с каналом "р"-типа (транзистор КП 301Г)
транзистор полевой вольтамперный напряжение
· Собрать схему рис. 2.
Для
амперметра A2
установить предел 20мА, для вольтметров V1, V2 - 20 В.
После проверки схемы преподавателем перевести ручки регуляторов напряжения
источников E1, E2 в крайнее левое положение, включить источники.
· Снять проходные характеристики транзистора при Uси = const
при четырех значениях Uзи = 0; 2,5; 5; 7,5; 10 В
соответственно.
Для этого установить и поддерживать в течение опыта неизменным значение
напряжения между стоком и истоком Uси с помощью
регулятора напряжения источника E2. Далее, изменяя напряжение между
затвором и истоком Uзи с помощью регулятора напряжения
источника E1, записать соответствующие значения тока стока Ic.
Результаты свести в таблицу 2.
Таблица 2
Uзи, В
|
Ic,
мА
|
|
Uси =
1 В
|
Uси =
1,5 В
|
Uси =
2 В
|
Uси =
2,5 В
|
0
|
0
|
0
|
0
|
0
|
1
|
0,001
|
0,001
|
0,001
|
0,001
|
1,5
|
0,02
|
0,02
|
0,02
|
0,02
|
2
|
0,079
|
0,079
|
0,079
|
0,08
|
2,5
|
0,172
|
0,173
|
0,174
|
0,175
|
Uc
|
S
|
1
|
-0,001
|
-0,038
|
-0,118
|
-0,186
|
1,5
|
-0,001
|
-0,038
|
-0,118
|
-0,188
|
2
|
-0,001
|
-0,038
|
-0,118
|
-0,19
|
2,5
|
-0,001
|
-0,038
|
-0,12
|
-0,19
|