лр_3.2

_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра БТС

отчет

по лабораторной работе №3.2

по дисциплине «Элементная база электроники»

Тема: Исследование проводимости транзисторов полевого типа.

Студенты гр. 0502		Лиоско Е.П.
Преподаватель		Корнеева И.П.

Санкт-Петербург

2022

Цель работы:

Изучение проводимости канала полевого транзистора в зависимости от величины управляющего сигнала

Используемое оборудование:

NI ELVIS Digital Multimeter (DMM), макетная плата NI ELVIS, полевые транзисторы, Variable Power Supplies.

Основные теоретические положения.

Полевой транзистор (униполярный, канальный) – транзистор, в котором сила проходящего через него тока регулируется внешним электрическим полем, то есть напряжением. Это принципиальное различие между ним и биполярным транзистором, где сила основного тока регулируется управляющим током. Принцип действия полевых транзисторов основан на использовании носителей заряда только одного знака (электронов или дырок) – униполярные транзисторы. Канал р-типа обладает дырочной проводимостью, а n-типа – электронной.

• Полевые транзисторы управляются полем (напряжением, приложенным к затвору)

• потребляют значительно меньше энергии

По способу создания канала различают полевые транзисторы с затвором в виде управляющего р-n-перехода и с изолированным затвором (МДП- или МОП-транзисторы).

Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом (JFET)

Канал протекания тока представляет собой слой проводника, заключенный между двумя p-n-переходами (рис. 1 и 2).

 И – исток – source (S) – электрод, от которого движутся носители заряд;

 С – сток – drain (D) – электрод, к которому движутся носители заряда;  З – затвор – gate (G) – электрод, управляющий регулирование поперечного сечения канала за счет управляющего напряжения.

Принцип действия транзистора с управляющим p-n-переходом заключается в изменении напряжения Uзи (обратного для p-n-переходов) за счет изменения ширины p-n-переходов транзистора и изменения толщины запирающего слоя. Так как изменяется поперечное сечение токопроводящего канала и его проводимость, то изменяется выходной ток стока Iс транзистора.

Полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET или МДП, МОП – Металл – Диэлектрик (Окисел) – Полупроводник) – полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика. Благодаря диэлектрику МДП-транзисторы обладают высоким входным сопротивлением rвх = 1012 ÷ 10 14Ом.

Принцип действия МДП-транзисторов основан на изменении проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под действием электрического поля. Этот приповерхностный слой полупроводника является токопроводящим каналом. МДП-транзисторы выполняют 2 видов (рис. 4):  МОП со встроенным каналом;  МОП с индуцированным каналом.

Обработка результатов эксперимента.

1. Стоко-затворные вольт-амперные характеристики полевых транзисторов (передаточные характеристики):

Рис. 1 Зависимость тока стока от напряжения на затворе – истоке при фиксированном напряжении на стоке – истоке.

Табл.1

n – канальный транзистор JFET J112	р – канальный транзистор MOSFET IRF 9510
-3 мВ	1,7 мВ
14 мА	7,4 мА

Рис. 2 Собранная схема для JFET

Рис. 3 Собранная схема для MOSFET

2. Стоко-затворная вольт-амперные характеристики JFET112:

Рис. 4 Зависимость тока стока (Ic) от напряжения на затворе – истоке (Uзи) при фиксированном напряжении на стоке – истоке для JFET112.

Рис. 5. DC Analysis Limits

Рис. 6. Схема подключения JFET112 (n – канального транзистора).

Рис. 7 Зависимость тока стока (Ic) от проводимости канала затвор – исток (G=del(id(j1))/del(Ugs(j1))) для JFET112.

Рис. 8. DC Analysis Limits

Вывод:

1. Можно выделить 3 области на графике зависимости тока стока (Iс) от напряжения затвора – истока (Uзи):

• Область отсечки – Ic=0;

• Линейная область – Ic линейно зависит от Uзи. Транзистор выступает в роли переменного резистора, сопротивление которого можно регулировать напряжение затвора.

• Область насыщения – Ic=cosnt.

2. Зависимость проводимости канала разных типов полевых транзисторов от напряжения затвора:

• Полевой транзистор с управляющим PN – переходом, встроенным в канал JFET (n - канальный):

На сток было подано положительное напряжение (U=5В), чтобы основные носители заряда (электроны) перемещались от истока к стоку. Между затвором и истоком сначала было включено отрицательное напряжение (Uзи<Uотс), при котором запирается PN – переход (канал слишком узкий ток не течет проводимость канала равна нулю). При Uотс<Uзи канал становится шире (увеличивается проводимость канала). При Uзи=0 канал полность открыт и ток максимальный.

• Полевой транзистор с индуцированным каналом MOSFET (p - канальный):

На сток было подано положительное напряжение (U=5В), чтобы при образовании канала свободные носители заряда (электроны) могли перемещаться от истока к стоку. Между затвором и истоком сначала было включено отрицательное напряжение, при котором образовался проводящий канал p – типа. Это связано с тем, что при подаче отрицательного напряжения к приповерхностному слою подложки начинают притягиваться к нему дырки, а электроны отталкиваться (образуется индуцированный канал p - типа). При Uзи>0 канал начинает закрываться, а при Uзи>U0 – канал закрыт.

3. Построенные ВАХ полевых транзисторов в NI ELVIS и Micro Cap имеют приблизительно одинаковые характеристики:

n – канальный транзистор JFET J112

	NI ELVIS	Micro Cap
	-3 мВ	-3 мВ
	14 мА	20 мА

p – канальный транзистор MOSFET IRF9510

	NI ELVIS
	1,7 мВ
	7,4 мА

Рис. 9 Зависимость тока стока (Ic) от проводимости канала затвор – исток (G=del(id(j1))/del(Ugs(j1))) для MOSFET IRF9510.

Рис. 10. Схема подключения MOSFET IRF9510 (p – канального транзистора).

Рис. 11. DC Analysis Limits