Цель работы: экспериментально снять статические характеристики полевого транзистора и определить параметры схемы замещения транзистора.
Полупроводниковые приборы, работа которых основана на модуляции сопротивления полупроводникового материала поперечным электрическим полем, называются полевыми транзисторами.
У полевых транзисторов в создании электрического тока участвуют носители заряда только одного типа: электроны или дырки.
Полевые (униполярные) транзисторы бывают двух типов:
- с управляющим p-n – переходом;
- со структурной металл-диэлектрик-полупроводник (МДП — транзисторы).
Основным отличием полевого транзистора от биполярного транзистора является то, что он управляется электрическим полем, создаваемым входным напряжением.
Полевой транзистор с управляющим p-n - переходом представляет собой пластину из полупроводникового материала, имеющего электропроводность типа n или p, от концов которого сделаны два вывода - электроды стока и истока. Вдоль пластины выполнен электрический переход p-n, от которого сделан третий вывод - затвор. Внешнее напряжение прикладывают между стоком и истоком так, чтобы проходил электрический ток, а напряжение, приложенное к затвору, смещает электрический переход в обратном направлении.
Область полупроводника, расположенная под переходом называется каналом, и её сопротивление зависит от напряжения на затворе. Размеры перехода увеличиваются с повышением приложенного к нему обратного напряжения, а увеличение области, обеднённой носителями заряда, приводит к повышению электрического сопротивления канала. Электрод, от которого начинают движение основные носители заряда в канале, называют истоком, а электрод, к которому движутся - стоком.
Канал полевого транзистора может быть выполнен из полупроводника с проводимостью типа n или p, соответственно и напряжение, приложенное к затвору, будет отрицательным или положительным.
Основными характеристиками полевого транзистора являются:
- стоковые вольт-амперные характеристики: IС = f(UСИ) при UЗИ = const;
- стокозатворные: IС = f(UЗИ) при UСИ = const.
Внешний вид вольт-амперных характеристик полевого транзистора с управляющим p-n - переходом представлен на рисунке 4.1.
Напряжение между затвором и стоком, при котором ток стока достигает заданного низкого значения (IСÞ0) называют напряжением отсечки полевого транзистора Uзи отс. При малых напряжениях Uси и малом токе Ic транзистор ведёт себя как линейное сопротивление. По мере роста Uси характеристика IС = f(UСИ) всё сильнее отклоняется от линейной, что связано с сужением канала у стокового конца. При определённом значении тока наступает режим насыщения, при котором Ic меняется незначительно с увеличением UСИ. Напряжение, при котором наступает режим насыщения, называется напряжением насыщения.
Рисунок 4.1 – Вольт-амперные характеристики полевого транзистора с управляющим p-n - переходом
Так как управление полевым транзистором осуществляется напряжением на затворе, то для количественной оценки управляющего действия затвора используют крутизну характеристики:
Усилительные свойства ПТ характеризуют коэффициентом усиления:
Также основным параметром полевого транзистора является дифференциальное внутреннее сопротивление:
Вышеуказанные параметры транзистора связаны между собой следующим соотношением:
Эквивалентная схема замещения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом, учитывающая частотные свойства транзистора представлена на рисунке 4.2
Рисунок 4.2 - Эквивалентная схема замещения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом
Порядок выполнения работы
1. На лабораторном стенде собрать схему для снятия вольт - амперных характеристик полевого транзистора с управляющим p-n - переходом (рисунок 4.3).
Рисунок 4.3 – Схема для снятия вольт-амперных характеристик полевого транзистора с управляющим p-n - переходом
2. Изменяя напряжение на стоке снять и построить стоковые ВАХ полевого транзистора с каналом n-типа при различных значениях UЗИ. Результаты измерений занести в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 – Данные для построения стоковых ВАХ
| Uзи = | Uзи = | Uзи = | Uзи = | ||||
| Ic | Ucи | Ic | Uси | Ic | Uси | Ic | Uси |
3. Изменяя напряжение на затворе снять и построить стокозатворные ВАХ полевого транзистора при различных значениях UСИ. Результаты измерений занести в таблицу 4.2.
Таблица 4.2 – Данные для построения стокозатворных характеристик
| Uси = | Uси = | Uси = | Uси = | ||||
| Iс | Uзи | Iс | Uзи | Iс | Uзи | Iс | Uзи |
4. Экспериментально определить основные параметры полевого транзистора. Результаты измерений занести в таблицу 4.3.
Таблица 4.3 - Данные для определения параметров полевого транзистора
| № | Uзи | Uси | Ic |
Содержание отчёта
1. Справочные данные исследуемого транзистора и его цоколёвку.
2. Схема для снятия ВАХ транзисторов.
3. Таблицы и графики стоковых и стокозатворных ВАХ транзистора.
4. Значения основных параметров транзистора, определенные экспериментально и графоаналитически в заданной точке покоя
5. Схемы замещения полевого транзистора с управляющим p-n - переходом.
6. Выводы.
Контрольные вопросы
1. В чем отличие полевых транзисторов от биполярных?
2. На чем основан принцип работы полевого транзистора с управляющим p-n - переходом?
3. Перечислите основные параметры полевых транзисторов.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
