Лаб_ФОЭ

1. Установите напряжение UЗИ порядка 2,2-2,3 В. Изменяя напряжение UСИ от 0,1 В до 10 В, проведите измерения тока стока IC. Данные внесите в табл. 5.2.

Таблица 5.2

UЗИ (В)

2. Установите напряжение UЗИ порядка 2,4-2,5 В. Изменяя напряжение UСИ от 0,1 В до 10 В, проведите измерения тока стока IC. Данные внесите в табл. 5.3.

Таблица 5.3

UЗИ (В)

UСИ (В)

IC(мА)

3. По данным табл. 5.2, 5.3 постройте выходные характеристики исследуемого транзистора.

Контрольные вопросы

1.Структура МДПМ конденсатора и схема его энергетических уровней.

2.Управление проводимостью слоя “А” полупроводника с помощью электрического поля. Режимы обогащения, обеднения, инверсной индуцированной проводимости.

3.Структура полевого МДП транзистора; разновидности полевых МДП транзисторов.

4.Структура и режимы работы МДП транзистора со встроенным каналом.

5.Структура и режимы работы МДП транзистора с индуцированным каналом инверсной проводимости.

6.Работа МДП транзистора с индуцированным каналом в статическом режиме. Понятие порогового напряжения. Сток-затворная характеристика МДП транзистора.

7.Выходная характеристика МДП транзистора с индуцированным кана-

лом.

Список литературы

1.Спиридонов О.П. Физические основы твердотельной электроники: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 2008. – С. 183–185.

2.Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб. пособие. – Ростов н/Д:

Феникс, 2002. – С. 103–111.

3.Дьяконов В.П., Максимчук А.А., Ремнев А.М., Смердов В.Ю. Энциклопедия устройств на полевых транзисторах: М.: СОЛОН-Р – 2002. – С. 3–42.

71

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом

Структура транзистора

Полевой транзистор с управляющим р-n переходом представляет собой полупроводниковый прибор с одним р-n переходом и тремя выводами. В процессе работы полевого транзистора участвуют основные носители, находящиеся в канале транзистора, поэтому их иногда называют униполярными или канальными транзисторами.

Полевой транзистор конструктивно устроен следующим образом. На торцы полупроводниковой пластины n-типа методом металлизации наносят контакты исток (И) и сток (С) . В средней части пластины создают неглубокий слой проводимости р*-типа введением повышенного содержания акцепторной примеси. На поверхность дырочного полупроводника наносится металлический контакт затвор (З). Область кристалла, находящаяся под слоем дырочного полупроводника, образует канал n-типа, проводимость которого управляется с помощью напряжения между истоком и затвором.

а б

Рис. 5.10. Полевой транзистор с управляющим р-n переходом (канал n-типа): а – структура транзистора; б – схемное обозначение

Существует также другой тип полевых транзисторов – с управляющим n- р переходом и каналом р-типа, схемное обозначение которых отличается от рассмотренного направлением стрелки на затворе.

а б

Рис. 5.11. Полевой транзистор с управляющим n-р переходом (канал р-типа): а – структура транзистора; б – схемное обозначение

Разновидностью полевых транзисторов данного типа являются также транзисторы, в которых управляющий р-n переход заменен контактом Шоттки.

Включение транзистора в статическом режиме

Схема включения полевого транзистора с каналом n-типа в статическом режиме дана на рис. 5.12. Область полупроводника n-типа, расположенная

Основные носители в полевых транзисторах движутся от истока к стоку

72

под р-областью, выполняет роль проводящего канала между истоком и стоком. Источник UСИ обеспечивает ток в цепи “сток – исток”. Движение основных носителей по каналу осуществляется от истока к стоку. В транзисторе с каналом n-типа носителями являются электроны, поэтому сток С соединяют с положительным полюсом источника (в транзисторе с каналом р- типа сток соединяют с отрицательным полюсом источника).

Источник UИЗ создает обратное смещение управляющего р-n перехода. При увеличении напряжения |UИЗ| область объемного заряда, обладающая высоким сопротивлением, увеличивается, что приводит к уменьшению ширины проводящего канала. Наименьшая ширина проводящего канала расположена в области, прилегающей к стоку, так как запирающее напряжение между стоком и затвором больше напряжения между истоком и затвором

UСЗ > UИЗ; (UСЗ = UИЗ + UСИ).

Рис. 5.12. Схема включения полевого p-n транзистора в статическом режиме: штриховкой показана область объемного заряда

При фиксированном напряжении между стоком и истоком наибольший ток в цепи стока IC протекает при UИЗ = 0. При увеличении |UИЗ| ширина канала уменьшается, что приводит к уменьшению проводимости канала и, в свою очередь, к уменьшению IC. Напряжение UИЗ, при котором канал полностью перекрывается и IC практически равен нулю, называют напряжением отсечки Uотс.

Примерная зависимость IС(UЗИ) при фиксированном значении UСИ (сток-затворная характеристика) дана на рис. 5.13.

Ток в цепи затвора в статическом режиме работы транзистора представляет собой обратный ток управляющего р-n перехода и составляет от долей мкА до нескольких мкА, в зависимости от площади перехода.

Рис. 5.13

Зависимость IС(UСИ) при фиксированном значении UЗИ называют выходной характеристикой. Вид семейства выходных характеристик транзистора с управляющим р-n переходом при разных значениях UЗИ дан на рис. 5.14.

73

Рис. 5.14. Примерный вид выходных характеристик полевого транзистора с управляющим р-n переходом

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 12

ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С УПРАВЛЯЮЩИМ P-N ПЕРЕХОДОМ

Методика выполнения работы

Цели работы: изучение структуры и принципов работы полевого транзистора с управляющим p-n переходом; исследование его сток-затворной и выходной характеристик.

Приборы и принадлежности: источник регулируемого постоянного напряжения (U2), электронный миллиамперметр (mA), мультиметры (V1, V2), гальванический элемент (U1), полевой транзистор КП 314 А.

Схема опыта:

Рис. 5.15. Электрическая схема установки

Порядок выполнения работы Задание 1. Изучение сток-затворной характеристики транзистора

1. Перед началом работы установите:

на цифровом миллиамперметре «режим работы» в положение «mA», «предел измерений» в положение «20 mA»;

на мультиметрах V1, V2 переключатель «род работы» в положение

«=» «20 В»;

74

на измерительной плате ручку регулировочного потенциометра R р в крайнее левое положение.

2.Включите приборы, после пятиминутного прогрева аппаратуры приступайте к проведению измерений.

3.Установите на источнике U 2 напряжение 5-10 В (по указанию преподавателя). С помощью миллиамперметра измерьте ток IС в цепи “исток – сток” .

4.Увеличивая напряжение UЗИ потенциометром R З, через каждые 0,2-0,3

Визмеряйте силу тока IC . При каждом измерении с помощью регулировки выходного напряжения источника U 2 устанавливайте постоянным значение напряжения UСИ (при уменьшении IC уменьшается напряжение на резисторе нагрузки R С, в результате чего напряжение UСИ увеличивается). Определите величину напряжения отсечки Uотс (при IC = 0). Данные эксперимента внесите в табл. 5.4.

Таблица 5.4

UСИ (В)

UЗИ(В)

IC (мА)

5. По данным измерений постройте сток-затворную характеристику исследуемого транзистора; методом касательной определите крутизну стокзатворной характеристики (UЗИ – по указанию преподавателя):

Задание 2. Изучение выходных характеристик транзистора

1. Установите напряжение UЗИ порядка 1,5-2,0 В. Изменяя напряжение UСИ регулировкой выходного напряжения источника U 2 от 0 до 10 В, проведите измерения тока стока IC. На начальном участке характеристики (0 – 3 В) измерения необходимо проводить через 0,5 В, в дальнейшем – через 1 В. Данные внесите в табл. 5.5.

Таблица 5.5

UЗИ (В)

UСИ (В) 0,5 1,0

IC (мА)

2. Установите напряжение UЗИ порядка 0,5-1,0 В. Изменяя напряжение UСИ от 0 до 10 В, проведите измерения IC. Данные внесите в табл. 5.6.

Таблица 5.6

UЗИ (В)

UСИ (В)

IC(мА)

75

3. Установите напряжение UЗИ равным нулю. Изменяя напряжение UСИ от 0 до 10 В, проведите измерения IC. Данные внесите в табл. 5.7.

Таблица 5.7

UЗИ (В)

UСИ (В)

IC(мА)

4. По данным табл. 5.5, 5.6 и 5.7 постройте семейство выходных характеристик исследуемого транзистора в координатах IC(UСИ).

Контрольные вопросы

1. Структура полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом n-типа; его схемное обозначение.

2. Структура полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом р-типа; его схемное обозначение.

3. Зависимость ширины проводящего канала от напряжения Uзи.

4.Движение основных носителей по каналу в транзисторах с управляющим p-n переходом

5.Схема включения полевого транзистора, работа транзистора в статическом режиме.

6.Сток – затворная характеристика транзистора с управляющим p-n переходом; напряжение отсечки.

7.Выходные характеристики транзистора с управляющим p-n переходом.

Список литературы

1.Спиридонов О.П. Физические основы твердотельной электроники: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 2008. – С. 179–182.

2.Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб. пособие. – Ростов н/Д:

Феникс, 2002. – С. 89–103.

3.Дьяконов В.П., Максимчук А.А., Ремнев А.М., Смердов В.Ю. Энциклопедия устройств на полевых транзисторах: М.: СОЛОН-Р – 2002. – С. 3–

42.

76

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Некоторые физические постоянные

Приложение 2. Обоснование уравнения Богуславского – Ленгмюра

Рассмотрим произвольную, коаксиальную оси диода, цилиндрическую поверхность S высотой l, равной высоте катода, и радиусом r (rк < r < rA). Сила тока через поверхность

ленного движения электронов. Скорость электронов можно найти из закона сохранения энергии:

2q0U .

mэ

Откуда

Концентрацию электронов удобно связать с плотностью пространственного заряда , созданного электронным облаком:

nq0.

Пространственный заряд, в свою очередь, создает электрическое поле, напряженность которого определяется из теоремы Гаусса:

В коаксиальной двухэлектродной системе E = E(r); divE dE dr , откуда

* Постоянные даны с точностью до трех значащих цифр.

77

Из (П 4) определим концентрацию электронов:

Из (П 2) и (П 5) рассчитаем силу тока через исследуемую поверхность

В коаксиальной цилиндрической системе электродов напряженность поля можно рассчитать через напряжение между анодом и катодом:

При r = rA расчеты приводят к уравнению Богуславского – Ленгмюра (знак « » в уравнении для IA , который показывает направление анодного тока от анода к катоду, опущен)

Примеры нахождения натуральных логарифмов:

1)ln 21 = ln (2,1 10) = ln 2,1 + ln 10 = 0,74 + 2,30 = 3,04;

2)ln 0,21 = ln (2,1 / 10) = ln 2,1 ln 10 = 0,74 2,30 = 1,56.

78

79