3. Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом

Полевой транзистор - это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей, протекающим через проводящий канал и управляемый электрическим полем. Полевой транзистор с управляющим р-n- переходом - это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала р-n - переходом, смещенным в обратном направлении. Полевые транзисторы удовлетворительно описываются четырёхпараметрической моделью Шихмана-Ходжеса, устанавливающей связь выходного стокового тока транзистора с напряжениями затвор-исток и сток-исток .

Вольтамперная характеристика полевого транзистора состоит из двух участков, соответствующих двум режимам работы транзистора[2]:

(5)

(6)

Первый участок и соответствующий ему режим называется триодным, второй участок и соответствующий режим называется участком (режимом) насыщения или пологим участком. Параметрами модели являются . Теория предсказывает что , но в реальных транзисторах n может быть отличным от 2. Параметр есть пороговое напряжение для транзисторов с индуцированным каналом или напряжение отсечки для транзисторов с нормально открытым каналом. Параметр совместно с параметром определяет выходное сопротивление транзистора в режиме насыщения.

2. Экспериментальная часть

2.1 Диод 1n5822.

Рис. 1. Чертеж корпуса

Таблица 1. Геометрические параметры

Параметр	Мин. мм	Макс. мм
A	25.4	-
B	7.3	9.5
C	1.2	1.3
D	4.8	5.3

Таблица 2. Предельно-допустимые режимы эксплуатации диода 1N5822

Максимальное постоянное обратное напряжение, В	40
Максимальное импульсное обратное напряжение, В	40
Максимальный прямой (выпрямленный за полупериод) ток,А	3
Максимально допустимый прямой импульсный ток,А	80
Максимальное прямое напряжение,В (при Iпр.=3 А и при 9.4А)	0,525 0,950
Рабочая температура, ° С	-50 до +125
Давление окружающего воздуха	от 2,7 * 104 до 3 * 105 Па
Относительная влажность при 40° С	до 98%

Рис. 2. Прямая ветвь ВАХ диода

Для того, чтобы найти ток насыщения и коэффициент неидеальности диода n построим график ВАХ диода в полулогарифмическом масштабе. Примем I₀=1А

Рис. 3. Прямая ветвь ВАХ диода в полулогарифмическом масштабе

Прямая ветвь ВАХ реального диода описывается двухпараметрической зависимостью, обобщающей формулу Шокли:

Считаем, что и тогда преобразуем формулу (2) следующему виду:

(7)

Для нижней ветки при :

Для верхней ветки при

Переход графика в область с более сильным наклоном (верхнюю) обусловлен тем, что начиная с некоторого тока прекращается рекомбинация в ОПЗ и доминируют процессы инжекции. Большой коэффициент неидеальности можно объяснить наличием большого числа ловушек на границе p-n перехода, а также погрешностью измерений начальных данных. С увеличением напряжения между анодом и катодом наступает момент заполнения всех ловушек носителями, и ток начинает расти сильнее от приложенного напряжения.

По линейной части ВАХ диода найдем последовательное сопротивление p и n областей:

Рис .4. Расчет сопротивления базы

Найдём напряжение пробоя обратной ветви

Рис.5. Обратная ветвь ВАХ диода

Из графика обратной ветви ВАХ диода

Построим график обратной ветви ВАХ диода в полулогарифмическом масштабе и найдём ток насыщения обратной ветви диода (Примем I₀=1 мА)

Рис. 6. Обратная ветвь ВАХ диода в полулогарифмическом масштабе

-3.91202

Найдём концентрацию носителей заряда в слаболегированной области. Напряжение пробоя p-n перехода (без учета кривизны перехода) может быть определено исходя из соотношения:

В,

где N – концентрация примеси в атомах/см³ на слаболегированной стороне перехода.

Проведём сравнение :

При U<0.375

При U>0.375

Рис. 7. Теоретическая и экспериментальные характеристики

Таблица 3. Параметры модели для диода

Параметры модели для диода	Значение параметра
Ток насыщения диода , А
Коэффициент неидеальности диода , n	1,9
Сопротивление базы , Ом
Ток насыщения обратной ветви диода, А
Напряжение обратимого пробоя диода,
Концентрация носителей заряда на слаболегированной стороне перехода,

Отметим сразу погрешность измерений с помощью Л2-56.

Основная погрешность определения тока коллектора на фиксированных значениях от 1 мкА/дел до 2 А/дел и начального и обратного тока на фиксированных значениях от 100 нА/дел до 2 мА/дел не превышает 5% от конечного значения установленного предела измерения тока, определяемого как произведение фиксированного значения калиброванной чувствительности усилителя индикации по вертикали на количество делений шкалы. К этой погрешности следует добавить погрешность снятия значений с экрана прибора, которая составляет 0,1 от большого деления, т.е. 10% от установленной цены деления. Т.е. суммарная погрешность составит , где x – установленная цена деления шкалы, т.е., например, при цене деления в 1 мА (вся шкала 10 мА), погрешность определения тока составит 0,5 мА. Это говорит о целесообразности пользоваться наиболее высокими делениями шкалы в данном масштабе для снижения относительной погрешности.

Приведенная погрешность справедлива и для следующих пунктов записки.