Лабораторная работа № 3

Исследование полевых транзисторов

(Продолжительность - 2 ч.)

Цель работы

Исследовать на учебно-лабораторном стенде типа «Луч» - 87Л - 01 характеристики полевого транзистора и ознакомиться с принципом работы полевого транзистора с управляющим р-n переходом.

Оборудование

Учебно-лабораторный стенд «Луч» - 87Л - 01, сменная панель № 7, съемные элементы (полевой транзистор типа КП103И).

Задание

Перед выполнением работы на стенде необходимо ознакомиться с теоретическим введением к данной работе.

Иметь ясное представление о принципах работы полевого транзистора (ПТ) с управляющим р-n переходом: с р- и n-каналами. Знать технологию их изготовления, а также преимущества ПТ по сравнению с биполярным транзистором.

Записать паспортные характеристики полевого транзистора КП103И.

 

Теория

Полевыми транзисторами называются транзисторы, принцип действия которых основан на использовании носителей заряда только одного типа. Управление током в таких транзисторах осуществляется изменением проводимости канала, через который протекает ток транзистора под воздействием электрического поля.

Полевые транзисторы бывают двух видов:

- с управляющим р-n переходом;

- со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП). Рассмотрим вольт-амперные характеристики полевых транзисторов на примере полевого транзистора с управляющим р-n переходом, с каналом р-типа.

Работа полевого транзистора с управляющим р-n переходом основана на изменении сопротивления канала за счет изменения размеров области, обедненной основными носителями заряда, которое происходит под действием приложенного напряжения.

Особенностью полевого транзистора является то, что на проводимость канала оказывает влияние как управляющее напряжение U_ЗИ, так и напряжение Ucи

Рис. 1

 

Стоковые (выходные) характеристики полевого транзистора отражают зависимость тока стока от напряжения сток-исток при фиксированном Uзи (рис.1).

Ic = F(Ucи) | Uзи=const и представляется в виде семейства кривых U^III_ЗИ > U^II_ЗИ > U^I_ЗИ > О

На каждой из этих кривых можно выделить три характерные области (см.рис.1):

I - сильная зависимость тока Iс от напряжения Ucи (начальная область);

II - слабая зависимость тока Iс от напряжения Ucи;

III - пробой р-n перехода

В данной ВАХ рассмотрим выходную характеристику при Uзи = 0.

26 27

Участок (0 - а) - влияние Ucи на проводимость канала незначительно, в связи с чем зависимость I_С = F(Ucи) практически линейная.

Участок (а - б) - увеличение Ucи приводит к уменьшению крутизны нарастания тока. В точке (б) сечение токопроводящего канала уменьшается до min в результате смыкания двух р-n переходов.

Дальнейшее увеличение Ucи не приводит к увеличению тока через прибор, так как одновременно увеличивается сопротивление канала.

Участок (III) - резкое увеличение тока Iс характеризуется лавинным пробоем области р-n переходов вблизи стока по цепи сток-затвор.

Точка (в) - соответствует напряжению пробоя.

Абсциссы точек пересечения стоковых характеристик с пунктирной кривой соответствуют напряжениям перекрытия канала.

Напряжение U_ЗИ, при котором ток затвора близок к нулю, называется напряжением запирания или отсечки U_ЗИо. Числовое значение U_ЗИ0 равно Ucи в точке (б) ВАХ при U_ЗИ = 0.

Внутреннее сопротивление транзистора характеризует наклон входной характеристики на участке II.

Поскольку управление выходным током полевых транзисторов производится напряжением входной цепи, для них характерна так называемая переходная или стоко-затворная характеристика.

Эта характеристика показывает зависимость; I_С = f (U_ЗИ) | U_СИ = const

Стоко-затворная характеристика связана с входными характеристиками полевого транзистора и может быть построена по ним.

Крутизну S находят по стоко-затворной характеристике. Крутизна S отражает влияние напряжения затвора на выходной ток транзистора.

| U_СИ = const

К основным параметрам полевого транзистора также относятся:

- входное сопротивление r_ВХ;

- межэлектродные емкости: затвор-исток С_ЗИ;

затвор-сток С_ЗС;

сток-исток С_СИ

 

 

 

Входное сопротивление г_Вх= транзистора определяется сопротивлением р-n переходов, смещенных в обратном направлении.

Входное сопротивление полевых транзисторов довольно велико, что выгодно отличает их от биполярных транзисторов.

Межэлектродные емкости С_ЗИ и С_ЗС связаны главным образом с наличием в приборе р-n переходов, примыкающих соответственно к истоку и стоку.

 

Выполнение:

1) Установить сменную плату № 7 и полевой транзистор КП 103И. Для измерения напряжения управляющего сигнала U_ЗИ использовать ИВ; напряжение питания U_СИ измерять на АВМ1, а выходной ток I_C измерять на АВМ2.

2) Построить семейство стоковых характеристик Ic = f(U_CИ) U_ЗИ= const. U_3и принимает значения: 0; +0,1; +0,2; +0,3; +0,4; +0,5В.

Внимание! Во избежание пробоя р-n перехода, при подаче на затвор напряжения U_ЗИ, необходимо перед началом работы генератор ГН1 выставить в нуль (поворотом ручки регулирования в крайнее левое положение). Проводятся измерения I_C ( при постоянных значениях U_ЗИ) и при изменении U_СИ от - 2 до 15 В через 4 В.

3) Построить переходную (стоко-затворную) характеристику:

Iс = f (U_ЗИ) ; при Ucи=const.

Установив напряжение питания ПТ Uси - 10 В, изменить напряжение U_3И таким образом, чтобы величина стокового тока стала минимальной и определить величину этого напряжения.

4) По построенным характеристикам транзистора определить следующие электрические параметры:

- крутизну характеристики S при Ucи = 10 В и U_3И = 8;

- внутреннее (дифференциальное) сопротивление канала;

- R - активную составляющую выходной проводимости при

Ucи = - 10 В и U_ЗИ = 0;

- статический коэффициент усиления по напряжению;

28 29

- начальный ток стока при Ucи = 10 В и U_3и = 8В.

5) Сравнить полученные электрические параметры со справочными.

6) Данные измерения занести в табл.1.

Таб. 1

Ucи	В	0,5						Примечание
Ic	мА							UЗИ = 0
Ic	мА							UЗИ =+0,1 В
Ic	мА							UЗИ =+0,2 В
Ic	мА							UЗИ =+0,3 В
Ic	мА							UЗИ =+0,4В
Ic	мА							UЗИ =+0,5 В

 

По этим данным построить:

- выходную характеристику I_c = f (Ucи) | U_3И =const;

- входную характеристику I_c = f (U_ЗИ) | Ucи = 6 В.

 

Контрольные вопросы

1. Чем объясняется разброс параметров полевых транзисторов?

2. Принцип действия полевого транзистора.

3. Как расширение р-n перехода влияет на проводимость канала ПТ?

4. Как создать обратно смещенный р-n переход в ПТ?

5. Почему ПТ нецелесообразно делать с прямым смещением р-n перехода?

6. Какие подвижные носители организуют I_с в ПТ с р - каналом, с n- каналом ?

7. Что такое напряжение насыщения в ПТ ?

8. Каков порядок по величине дифференциального сопротивления?

9. Что такое внутреннее сопротивление канала?

10. Что определяет статический коэффициент усиления ПТ по напряжению?

11. Что такое дифференциальное сопротивление входной цепи? Его величина?