Физика полупроводниковых приборов [РТФ, Смирнов, 4 семестр] / Смирнов Мет_указания к лаб_работам по ФПП

2. Спроектировать измерительную схему в среде Proteus согласно рис.2.2, включающую в себя источник питания на +15V, переменный резистор, два вольтметра постоянного тока, резистор, стабилитрон, пробник тока и общую шину («Землю»). Переменный резистор POT-HG выбрать в библиотеке электронных компонентов (Resistors\Variable\ POTHG) или найти там же по имени в поле Keywords. Пробник тока, протекающего через стабилитрон, устанавливается выбором его на левой панели инструментов и щелчком мыши в нужной точке проводника на принципиальной схеме. Вместо пробника тока можно установить в разрыв цепи миллиамперметр. Тип стабилитрона (путь в библиотеке: Diode\Zener\...) задается преподавателем.

Рис. 2.2. Принципиальная схема к заданию «Изучение работы стабилитрона»

3. Произвести моделирование, варьируя с помощью переменного резистора входное напряжение UВХ на стабилитроне и токозадающем резисторе. Измерить напряжение на стабилитроне UСТ и ток ID через него при различных значениях UВХ. Занести результаты измерения тока ID, напряжений UСТ и UВХ в таблицы. Построить график ВАХ стабилитрона и вставить их в отчет. Сравнить результаты измерений UВХ с напряжением UСТ на стабилитроне и сделать выводы.

11

Примечание. Типы стабилитронов, которые используются для моделирования, могут существенно отличаться между собой напряжением стабилизации. Это требует для различных стабилитронов различных значений напряжения источника питания, что необходимо учитывать при проектировании схемы.

4. Подготовить отчет, включающий в себя титульный лист (в произвольной форме), краткое изложение теории, результаты моделирования и выводы по работе.

Таблица к заданию «Изучение работы стабилитрона»

Контрольные вопросы

1.Объяснить выпрямляющие свойства диода.

2.Что такое барьерная емкость и как она зависит от внешнего напряжения на диоде?

3.Что такое диффузионная емкость?

4.Объяснить переходный процесс в диоде, происходящий при изменении прямого напряжения на обратное.

5.Какие существуют механизмы пробоя и в чем их суть? Объяснить температурную зависимость напряжения пробоя для различных механизмов пробоя (лавинного и туннельного).

6.Объяснить работу стабилитрона.

12

Лабораторная работа № 3. Изучение работы биполярных транзисторов

Цель работы

1. Изучение структуры биполярного транзистора и основных режимов работы.

2.Изучение статических характеристик биполярного транзистора.

3.Изучение усилительных свойств биполярного транзистора.

Подготовка к работе

1. Изучить теорию биполярного транзистора, включая вопросы:

-структура биполярного транзистора и основные режимы работы;

-схемы включения биполярного транзистора;

-статические характеристики биполярного транзистора.

-усиление сигнала при включении биполярного транзистора в схемах с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ).

2. Подготовить развернутые ответы на контрольные вопросы.

3. Подготовить таблицы для записи результатов измерения статических характеристик биполярного транзистора.

Задание 3.1. Измерение ВАХ транзисторов с общей базой (ОБ)

1.Получить у преподавателя исходные данные для моделирования (типы электронных компонентов и условия проведения моделирования).

2.Спроектировать измерительную схему в среде Proteus согласно рис.3.1, включающую в себя источники питания на -20V и +2V, два переменных резистора, два вольтметра постоянного тока, резистор, два пробника тока, биполярный транзистор p-n-p типа и общую шину («Землю»). Переменные резисторы POT-HG выбрать в библиотеке электронных компонентов (Resistors\Variable\ POT-HG). Пробник тока устанавливается выбором его на левой панели инструментов и щелчком

13

мыши в нужной точке проводника на принципиальной схеме. Вместо пробника тока можно установить в разрыв цепи миллиамперметр. Биполярный транзистор p-n-p типа (путь в библиотеке: Transistors\Bipolar\...) задается преподавателем.

3. Произвести моделирование, устанавливая с помощью переменного резистора RV1 эмиттерный ток IЭ и контролируя при этом напряжение между эмиттером и базой UЭБ. Варьируя с помощью RV2 напряжение между коллектором и базой транзистора UКБ, измерить семейство выходных статических характеристик транзистора, представляющих собой зависимости коллекторного тока IК от напряжения UКБ при различных значениях эмиттерного тока IЭ. Занести результаты измерения IК и напряжения UКБ при трех значениях IЭ в подготовленные таблицы. Построить графики выходных ВАХ биполярного транзистора и вставить их в отчет.

Рис. 3.1. Принципиальная схема к заданию «Измерение ВАХ транзисторов с ОБ»

14

4. Подготовить отчет, включающий в себя титульный лист, краткое изложение теории, результаты моделирования и выводы по работе.

Таблица к заданию «Измерение ВАХ транзисторов с ОБ»

Примечание. В процессе измерения зависимости IK = f(UКБ) эмиттерный ток IЭ должен поддерживаться постоянным.

Задание 3.2. Измерение ВАХ транзисторов с общим эмиттером (ОЭ)

1.Получить у преподавателя исходные данные для моделирования (типы электронных компонентов и условия проведения моделирования).

2.Спроектировать измерительную схему в среде Proteus согласно рис.3.2, включающую в себя источники питания на +20V и +1V, два переменных резистора на 1 кОм и 100 Ом, два вольтметра постоянного тока, резистор, два пробника тока, биполярный транзистор n-p-n типа и общую шину («Землю»). Переменные резисторы POT-HG выбрать в библиотеке электронных компонентов (Resistors\Variable\ POT-HG). Для изменения номинала переменного резистора с 1 кОм на 100 Ом необходимо с помощью правой кнопки мыши войти в режим редактирования свойств (Edit Properties) и установить нужное значение сопротивления. Пробник тока устанавливается выбором его на левой панели инструментов и щелчком мыши в нужной точке проводника на принципиальной схеме. Вместо пробника тока можно установить в разрыв цепи миллиамперметр постоянного тока. Биполярный транзистор n-p-n типа (путь в библиотеке: Transistors\Bipolar\...) задается преподавателем.

15

Рис. 3.2. Принципиальная схема к заданию «Измерение ВАХ транзисторов с ОЭ»

3. Произвести моделирование, устанавливая с помощью переменного резистора RV1 базовый ток IБ и контролируя при этом напряжение между базой и эмиттером UБЭ. Варьируя с помощью RV2 напряжение между коллектором и эмиттером транзистора UКЭ, измерить семейство выходных статических характеристик транзистора, представляющих собой зависимости коллекторного тока IК от напряжения UКЭ при различных значениях базового тока IБ. Занести результаты измерения IК и напряжения UКЭ при трех значениях базового тока IБ в подготовленные таблицы. Построить графики выходных ВАХ биполярного транзистора и вставить их в отчет.

16

4. Подготовить отчет, включающий в себя титульный лист (в произвольной форме), краткое изложение теории, результаты моделирования и выводы по работе.

Таблица к заданию «Измерение ВАХ транзисторов с ОЭ»

Примечание. В процессе измерения зависимости IK = f(UКЭ) базовый ток IБ должен поддерживаться постоянным.

Типы биполярных транзисторов для моделирования к заданиям 3.1 и 3.2

Контрольные вопросы

1.Какие существуют режимы работы биполярных транзисторов и схемы их включения?

2.Что такое коэффициент инжекции, коэффициент переноса носителей в базе, коэффициенты передачи тока базы и тока эмиттера?

3.Объяснить усиление сигнала в биполярном транзисторе, включенного по схеме с ОБ и ОЭ.

4.Нарисовать и объяснить статические характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с ОБ и ОЭ.

5.Объяснить механизмы пробоя в биполярном транзисторе.

17

Лабораторная работа № 4. Изучение работы полевых транзисторов

Цель работы

1.Изучение принципа действия полевого транзистора.

2.Измерение статических характеристик полевого транзистора с управляющим переходом.

3.Измерение статических характеристик МДП-транзистора с индуцированным и встроенным каналами.

Подготовка к работе

1. Изучить теорию полевых транзисторов, включая вопросы:

-структура полевого транзистора с управляющим переходом;

-структура МДП-транзистора с индуцированным и встроенным каналами;

-статические характеристики полевого транзистора с управляющим переходом;

-статические характеристики МДП-транзистора с индуцированным и встроенным каналами.

2. Подготовить развернутые ответы на контрольные вопросы.

3. Подготовить таблицы для записи результатов измерения статических характеристик полевых транзисторов.

Задание 4.1. Измерение ВАХ транзисторов с управляющим переходом

1.Получить у преподавателя исходные данные для моделирования (типы электронных компонентов и условия проведения моделирования).

2.Спроектировать измерительную схему в среде Proteus согласно рис. 4.1, включающую в себя источники питания на +10V, +2V и -2V, два потенциометра на 1 кОм и 1 МОм, микроамперметр и два вольтметра постоянного тока, полевой транзистор с управляющим переходом c n-каналом, резистор и общую шину («Землю»). Потенциометры POT-HG

18

выбрать в библиотеке электронных компонентов (Resistors\Variable\ POTHG). Тип полевого транзистора с управляющим переходом (путь в библиотеке: Transistors\JFET\...) задается преподавателем.

3.Произвести моделирование, устанавливая с помощью потенциометра RV1 напряжение на затворе UЗИ и варьируя с помощью RV2 напряжение между стоком и истоком UСИ транзистора. Измерить семейство выходных статических характеристик транзистора, представляющих собой зависимости тока стока IC от напряжения UСИ при различных значениях напряжения между затвором и истоком UЗИ. Занести результаты измерения тока IC и напряжения UСИ при трех значениях напряжения на затворе UЗИ в таблицы.

4.Построить графики выходных ВАХ полевого транзистора с управляющим переходом и вставить их в отчет.

Рис. 4.1. Принципиальная схема к заданию «Измерение ВАХ транзисторов с управляющим переходом»

19

5. Подготовить отчет, включающий в себя титульный лист (в произвольной форме), краткое изложение теории, результаты моделирования и выводы по работе.

Таблица к заданию «Измерение ВАХ транзисторов с управляющим переходом»

Задание 4.2. Измерение ВАХ МДП-транзистора с индуцированным каналом

1.Получить у преподавателя исходные данные для моделирования (типы электронных компонентов и условия проведения моделирования).

2.Спроектировать измерительную схему в среде Proteus согласно рис.4.2, включающую в себя два источника питания на +10V и +5V, два потенциометра на 1КОм, миллиамперметр и два вольтметра постоянного тока, полевой МДП-транзистор с индуцированным каналом n-типа, резистор и общую шину («Землю»). Потенциометры POT-HG выбрать в библиотеке электронных компонентов (Resistors\Variable\ POT-HG). Тип МДП-транзистора с индуцированным n-каналом (путь в библиотеке: Transistors\MOSFET\...) задается преподавателем.

3.Произвести моделирование, устанавливая с помощью потенциометра RV1 напряжение на затворе UЗИ и варьируя с помощью RV2 напряжение между стоком и истоком UСИ транзистора. Измерить семейство выходных статических характеристик транзистора, представляющих собой зависимости тока стока IC от напряжения UСИ при различных значениях напряжения между затвором и истоком UЗИ. Занести результаты измерения тока IC и напряжения UСИ при трех значениях напряжения на затворе UЗИ в подготовленные таблицы.

20