LS-Sb88865

Изображенные на рис. 3.5 структуры полевых транзисторов с изолированным затвором имеют подложку с электропроводностью n-типа. Поэтому сильнолегированные области под истоком и стоком, а также индуцированный и встроенный канал имеют электропроводность p-типа. Если же аналогичные транзисторы созданы на подложке с электропроводностью p-типа, то канал у них будет иметь электропроводность n-типа.

Вольт-амперные характеристики МДП-транзисторов. Стоковые

(выходные) характеристики полевого транзистора с индуцированным каналом n-типа Ic = f (Uс.-и) показаны на рис. 6, а, а на рис. 6, б – стоко-затворная характеристика транзистора со встроенным каналом n-типа Ic = f (Uз.-и).

Рис. 3.6. Семейство стоковых характеристик (а); стоко-затворная характеристика (б)

Отличие стоковых характеристик заключается в том, что управление током транзистора осуществляется напряжением одной полярности, совпа-

дающей с полярностью напряжения Uс.-и . Ток Ic = 0 при Uс.-и = 0, в то время как в транзисторе со встроенным каналом для этого необходимо изменить полярность напряжения на затворе относительно истока.

Основные параметры МДП-транзисторов аналогичны параметрам полевых транзисторов с р−n-переходом.

Что касается входного сопротивления то МДП-транзисторы имеют лучшие показатели, чем транзисторы с р−n-переходом. Входное сопротивление у

них составляет rвх = 1012…1014 Ом.

21

3.2.Порядок выполнения работы

1.Нажатием кнопки «Тип прибора» подключить к измерительной схеме исследуемый полевой транзистор 5.

2.Переключить кнопкой ►, расположенной у дисплея мультиметра, в режим, отображающий значения напряжения затвор-исток Е2. Установить

напряжение на втором затворе E2 8 В.

3. Провести измерения при пяти значениях напряжения на затворе Е1 выбираемых самостоятельно (с равным интервалом) из диапазона 0.6…2.0 В, для этого:

3.1.Установить выбранное значение E1.

3.2.Переключить кнопкой ◄, расположенной у дисплея мультиметра,

врежим, отображающий ток I3 и напряжение Е3.

3.3.Прокручивая ручку потенциометра Е3, добиться таких значений напряжения и тока, которые будут удовлетворять условию Р = I3E3 < 20 мВт, где Р – мощность, рассеиваемая на транзисторе.

3.4.изменяя значение напряжения по убыванию с шагом 0.5 В, снять зависимость тока стока I3 от напряжения сток-исток Е3 (при этом необходимо постоянно контролировать уровень напряжения на затворе Е1 переключением кнопок ◄, ► у дисплея мультиметра).

4.По полученным значениям построить семейство выходных характеристик полевого транзистора (по оси ординат (Y) – ток I3; по оси абсцисс – напряжение Е3 (X)).

5.Уменьшить приблизительно в два раза напряжение на втором затворе E2.

6.Повторить п. 5.

7.По полученным данным построить стоко-затворные характеристики при различных напряжениях на втором затворе Е2.

3.3.Требования к отчету

Отчет о лабораторной работе должен содержать: краткие теоретические сведения; описание экспериментальной установки; таблицы с результатами экспериментов; графики; выводы по работе.

22

Лабораторная работа 4 ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК ТИРИСТОРА

Цели работы:

1.Изучение статических вольт-амперных характеристик полупроводникового тиристора.

2.Приобретение навыков экспериментального измерения статических вольт-амперных характеристик маломощных полупроводниковых приборов.

4.1. Краткие теоретические сведения

Тиристор – полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя и более р–n-переходами. Они предназначены, в основном, для работы в качестве электронных ключей. Тиристоры обладают двумя устойчивыми состояниями – состоянием низкой проводимости (тиристор заперт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). В зависимости от конструктивного выполнения тиристоры подразделяются на диодные (два электрода), или динисторы, и триодные (три электрода), или тринисторы. Также возможны двунаправленные конструкции – симисторы. На рис. 4.1 показаны условные обозначения тиристоров.

Рис. 4.1. Условные обозначения тиристоров: а – диодный, б – диодный симметричный;

в– триодный с управлением по катоду; г – триодный с управлением по аноду;

д– триодный симметричный

Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздействием на прибор: либо воздействие напряжением (током), либо светом (фототиристор). Тиристор имеет нелинейную разрывную вольтамперную характеристику.

Структура динистора и его вольт-амперная характеристика представлены на рис. 4.2.

23

Структура динистора (рис. 4.1, а) представляет собой четырехполюсный p–n–p–n-прибор, содержащий три последовательно соединенных p–n-пере- хода. Вольт-амперная характеристика динистора (рис. 4.2, б) имеет несколько участков:

между точками 0 и 1 находится участок, соответствующий высокому сопротивлению прибора – прямое запирание; в точке 1 происходит включение тиристора;

между точками 1 и 2 находится участок с отрицательным дифференци-

альным сопротивлением1. Данный участок является отличительной особенностью семейства ВАХ тиристора, его невозможно исследовать аппаратурно; участок между точками 2 и 3 соответствует открытому состоянии (прямой проводимости); в точке 2 через прибор протекает минимальный удерживающий ток;

участок между точками 0 и 4 описывает режим обратного запирания прибора; участок между точками 4 и 5 – режим обратного пробоя.

На рис. 4.3 представлены структура тиристора (тринистора) и семейство его вольт-амперных характеристик при различных значениях управляющих токов.

1 Отрицательным дифференциальным сопротивлением называется свойство от-

дельных элементов или узлов электрических цепей, проявляющееся в возникновении на вольт-амперной характеристике участка, где напряжение уменьшается при увеличении протекающего тока или уменьшается ток при увеличении напряжения.

24

а б Рис. 4.3. Структура тиристора (а); семейство ВАХ тиристора (б)

Тиристоры имеют следующие основные параметры:

постоянное напряжение включения Uвкл (десятки-сотни вольт);

напряжение в открытом состоянии Uо.с – падение напряжения на тиристоре в открытом состоянии (1…3 В);

обратное напряжение Uобр – напряжение, при котором тиристор может работать длительное время без нарушения его работоспособности (единицытысячи вольт);

постоянное прямое напряжение в закрытом состоянии Uз.с – максимальное значение прямого напряжения, при котором не происходит включения тиристора;

неотпирающее напряжение на управляющем электроде Uу. нот – наибольшее напряжение, не вызывающее отпирание тиристора;

ток в открытом состоянии Iо.с – максимальное значение тока открытого тиристора;

отпирающий ток управления Iу. од – наименьший ток управляющего электрода, необходимый для включения тиристора;

время включения tвкл – время с подачи отпирающего импульса до момента, когда напряжение на тиристоре уменьшится от 0.1 своего начального значения;

25

время выключения tвыкл – минимальное время, в течении которого к тиристору должно прикладываться запирающее напряжение;

предельно допустимая рассеиваемая мощность Рmax доп.

4.2.Порядок выполнения работы

1.Нажатием кнопки «Тип прибора» подключить к измерительной схеме исследуемый тиристор 3.

2.Установить Еоп = –12 В.

3.Переключить кнопкой ►, расположенной у дисплея мультиметра, в режим, отображающий ток I1 и напряжение Е1.

4.Установить напряжение на управляющем электроде E1 = 0.

5.Переключить кнопкой ◄, расположенной у дисплея мультиметра, в режим, отображающий ток I3 и напряжение Е3.

6.Изменяя значение напряжения Е3 с шагом 0.5 В (погрешность не должна превышать +0.05 В), снять зависимость от него обратного тока анода тиристора I3.

7.Построить полученные зависимости, характеризующие начальные токи утечки тиристора (по оси ординат – ток I3; по оси абсцисс – напряжение Е3).

8.Установить Еоп = +12 В;

9.Для трех значений тока управляющего электрода I1 = 0; 0.5 и 1 мА снять зависимости тока анода тиристора I3 от прямого напряжения E3, для этого:

9.1) переключить кнопкой ►, расположенной у дисплея мультиметра,

врежим, отображающий ток I1 и напряжение Е1;

9.2) установить значение тока управляющего электрода I1 = 0 мА; 9.3) переключить кнопкой ◄, расположенной у дисплея мультиметра,

в режим, отображающий ток I3 и напряжение Е3;

9.4) изменяя значение напряжения Е3 с шагом 0.5 В (погрешность не должна превышать +0.05 В), снять зависимость от него обратного тока тиристора I3.

10.Повторить пп. 9.1–9.4 настоящего руководства для значений тока управляющего электрода I1 = 0.5 и 1 мА.

11.По полученным значениям построить ветви статической ВАХ тиристора (по оси ординат (Y) – ток I3; по оси абсцисс (X) – напряжение Е3).

26

12.Установить Еоп = +1 В.

13.Установить максимальное значение напряжения E3.

14.Переключить кнопкой ►, расположенной у дисплея мультиметра, в режим, отображающий ток I1 и напряжение Е1.

15.Перевести тиристор во включенное состояние, для чего увеличить до максимального значения ток управляющего электрода тиристора I1, а затем снизить его до 0 (I1 = 0, E1 ~ 6 B).

16.Переключить кнопкой ◄, расположенной у дисплея мультиметра, в режим, отображающий ток I3 и напряжение Е3.

17.Уменьшая напряжение E3 шагом 0.05 В, снять зависимость от него тока анода тиристора I3. В процессе проведения эксперимента отметить точку резкого уменьшения тока, которая соответствует току выключения тири-

стора Iвыкл.

18. По полученным значениям построить ветви статической ВАХ тиристора (по оси ординат (Y) – ток I3; по оси абсцисс (X) – напряжение Е3).

4.3. Требования к отчету

Отчет о лабораторной работе должен содержать: краткие теоретические сведения; описание экспериментальной установки; таблицы с результатами экспериментов; графики; выводы по работе.

Список рекомендуемой литературы

1.Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника и микропроцессорная техника.

М.: Высш. шк., 2005.

2.Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: в 2-х т. Т. 1.

М.: Додека-XXI, 2008.

3.Прянишников В. А. Электроника. Полный курс лекций. СПб.: КО- РОНА-Век, 2009.

4.Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. М.: Мир, 2003.

5.Петров К. С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника. Учебн. пособие для вузов. СПб.: Питер, 2003.

27

28