Skhemotekhnika_1

руя значения постоянной составляющей коллекторного тока Iк0, построить зависимость rк (Iк0 ). При измерениях необходимо соблюдать условие Iк << Iк0 .

6. Снять зависимости дифференциального и статического коэффициента усиления транзистора по току от коллекторного тока. Для этого собрать схему согласно рис. 16.5 и, изменяя величину постоянной составляющей базового тока транзистора Iб0, измерить

Рис. 16.6. Измерение выходного постоянную и переменную составляю-

сопротивления транзистора щие коллекторного тока Iк0 и Iк . Вы-

1.Таблицу измерений входных характеристик транзистора и построенные входные характеристики (не менее 2) при различных значениях напряжения Uкэ.

2.Таблицу измерения входного сопротивления транзистора и построенный график зависимости входного сопротивления от постоянной составляющей коллекторного тока.

3.Таблицу измерения выходного сопротивления транзистора и построенный график зависимости выходного сопротивления от постоянной составляющей коллекторного тока.

4.Построенные на одном графике зависимости от коллекторного тока транзистора его статического коэффициента усиления по току

идифференциального коэффициента усиления по току.

151

ТЕМА 17. ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР

сток, исток, канал, затвор, подложка полевые транзисторы, канальные транзисторы

n-канальные транзисторы, p-канальные транзисторы полевой транзистор с управляющим p-n переходом

полевой транзистор с изолированным затвором МДП-тразисторы, МОП-транзисторы нормально открытые полевые транзисторы, обедненный тип, встроенный канал нормально закрытые полевые транзисторы, обогащенный тип, индуцированный канал передаточная характеристика, крутизна

семейство выходных характеристик полевого транзистора начальная зона, зона сжатия, зона насыщения

дифференциальное выходное сопротивление

Название «полевой» обусловлено физическим эффектом, лежащим в основе работы рассматриваемого полупроводникового прибора — изменение проводимости полупроводника под влиянием специально создаваемого электрического поля. Принцип действия полевых транзисторов иллюстрирует рис. 17.1. В толще полупроводника определенного типа проводимости (p- или n-) создается узкий канал, имеющий проводимость противоположного типа (n- или p-). Электроды, присоединенные к двум сторонам канала, носят название сток и исток. Принципиальное различие между стоком и истоком отсутствует. Как правило, от основной части полупроводника также выводится внешний электрод с названием подложка. Дополнительный электрод, носящий название затвор, служит для индуцирования электростатического поля, под воздействием которого изменяется ширина проводящего канала. Таким образом, изменяя потенциал затвора, можно изменять напряженность электростатического поля в канале, и тем самым управлять шириной канала, т.е. его проводимостью. Полупроводниковые приборы описанной структуры получили название полевые транзисторы. Их другое, реже применяемое название — ка- нальные транзисторы. На рис. 17.1 схематично изображена внутрен-

152

означает структуру металл–диэлектрик–полупроводник. Поскольку в качестве диэлектрика применяется, как правило, оксид полупроводникового материала канала, используют иногда и другую аббревиату-

ру — МОП-транзисторы (ме-

талл – оксид – полупроводник). Описанное выполнение затвора МДП-транзистора нашло отражение в его схемном обозначе-

вых транзисторов с каналом на основе p-n перехода.

Как и биполярные, полевые транзисторы позволяют управлять достаточно большим током с помощью маломощного управляющего сигнала. Их отличие от биполярных транзисторов состоит в том, что в биполярных транзисторов управляющим сигналом является слабый ток базы, а в полевых — потенциал затвора (точнее, разность потенциалов между затвором и истоком).

Главной характеристикой полевого транзистора является его передаточная характеристика, т.е. зависимость тока в канале транзистора Iс от напряжения затвор–исток Uзи. Типичный вид передаточной характеристики полевых транзисторов рассмотренных типов приведен на рис. 17.4a. Ее особенность состоит в том, что при некоторой величине обратного напряжения затвор–исток, превышающей так называемое пороговое напряжение Uп, ширина канала обращается в ноль, и поэтому ток через канал прекращается. При нулевом значении напряжения затвор–исток ток через транзистор достигает максимального значения. Положительные значения Uзи у транзисторов с управляющим p-n переходом приводят к резкому росту тока затвора и поэтому не используются. В МДП-транзисторах ток затвора невозможен благодаря изолирующей диэлектрической пленке, поэтому положительные значения Uзи вполне допустимы.

Приведенной передаточной характеристикой обладают полевые транзисторы с управляющим p-n переходом, а также МДПтранзисторы, у которых канал с отличной от нуля шириной существует при отсутствии напряжения затвора. По этой причине такие МДП-

154

напряжения Uзи, выходные характеристики при различных Uзи обра-

зуют семейство выходных характеристик. Типичный вид семейства выходных характеристик полевого транзистора приведен на рис. 17.6. Принципиальным отличием выходных характеристик полевого транзистора от характеристик биполярного является то, что они не претерпевают излома при нуле-

вом напряжении сток–исток. При небольших значениях напряжения сток–исток выходная характеристика полевого транзистора зависит от этого напряжения почти линейно. Эта область носит название начальной зоны

выходной характеристики. Оставшуюся область семейства характеристик принято называть зоной сжатия или зоной насы- щения.

Линейность выходных характеристик в начальной зоне, а также зави-

симость коэффициента этой линейной зависимости от напряжения затвор–исток позволяют использовать полевой транзистор в качестве управляемого сопротивления. Возможность внешнего управления сопротивлением полевого транзистора лежит также в основе другого распространенного применения полевых транзисторов — использование его в качестве электронного ключа. Причем, в отличие от биполярных транзисторов, ток в ключах на основе полевых транзисторов может изменять направление.

Слабая зависимость тока Iс от напряжения Uси в зоне насыщения характеризуется дифференциальным выходным сопротивлением полевого транзистора:

156

Как и у биполярных транзисторов, дифференциальное сопротивление полевых транзисторов снижается при увеличении тока Iс.

Контрольные вопросы

1.Почему при рассмотрении полевых транзисторов практически не применяется понятие входного сопротивления?

2.Как изменится вид семейства выходных характеристик полевого транзистора для транзистора с p-каналом по сравнению с n-канальным транзистором?

3.Сравните токи затвора для полевых транзисторов с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором.

4.Возможно ли существование нормально закрытых полевых транзисторов с управляющим p-n переходом?

5.Может ли крутизна полевого транзистора принимать отрицательные значения?

6.Почему при работе с МДП-транзисторами необходимо применять специальные средства защиты от статического электричества?

7.Почему на рис. 17.6 представлены выходные характеристики полевого транзистора только для отрицательных значений напряжения затвор–исток?

Программа лабораторной работы

1.Выбрать транзистор для исследования.

2.Снять не менее трех передаточных характеристик транзистора при разных значениях напряжения Uси. Для этого подать на сток и

157

исток транзистора постоянное напряжение и снять зависимость тока стока Iс от напряжения Uзи.

3. Снять зависимость крутизны полевого транзистора от значения его тока стока Iс. Для этого подать на затвор транзистора сумму постоянного Uз0 и переменного Uз1 напряжения, как это показано на рис. 17.7. Измерить постоянную и переменную составляющие тока

4.Снять семейство выходных характеристик полевого транзистора. Для этого установить некоторое постоянное напряжение за- твор–исток и, изменяя величину постоянного напряжения сток–исток

Uси, измерить соответствующие ему значения тока стока Iс. Процедуру повторить для нескольких (не менее 5) значений напряжения Uзи.

5.По построенному семейству выходных характеристик полевого транзистора вычислить значения выходного сопротивления полевого транзистора для используемых значений напряжения затвор– исток. Для этого аппроксимировать участок выходной характеристики в зоне насыщения прямой линией и вычислить коэффициент ее на-

клона: rвых = Uси Iс .

158

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1.Таблицу измерений передаточных характеристик полевого транзистора и графики передаточных характеристик (не менее 3) при различных значениях напряжения Uси.

2.Таблицу измерения зависимости крутизны полевого транзистора от значения его тока стока Iс и построенный по ним график.

3.Семейство выходных характеристик полевого транзистора для разных значений постоянного напряжения затвор–исток.

4.Рассчитанные по результатам п. 3 значения выходного сопротивления полевого транзистора.

159

160