ЭиЭ_все лабы / Задания / Laboratornaya_rabota_N_6_2013

2

1.Цель работы

1.Ознакомиться с вольт-амперными характеристиками полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом и изолированным затвором. Приобрести практические навыки получения характеристик различными способами с помощью программы Electronics Workbench.

2.Приобрести практические навыки по измерению параметров полевых транзисторов.

2.Программа работы

2.1.Измерение передаточных характеристик n-канального полевого транзистора с управляющим p-n-переходом.

Измерительная установка для снятия характеристик приведена на Рис.

1.

Рис. 1. Схема измерительной установки для снятия ВАХ полевых транзисторов

Объектом исследований является транзистор с p-n-затвором каналом n- типа марки, указанной в табл. 1 в соответствии с номером студента в группе. В этой схеме значения напряжения Uзи задаются изменением ЭДС в цепи затвора транзистора и контролируются вольтметром. Ток стока измеряется

Таблица 2

Экспериментальные данные для определения передаточной характеристики полевого транзистора

2.2. Получение передаточных ВАХ с помощью осциллографа.

Измерительная установка показана на Рис. 2.

Здесь на канал А осциллографа поступает напряжение Uзи, а на канал В через ИНУТ – напряжение, пропорциональное току стока. В результате на экране осциллографа отображается передаточная характеристика испытуемого транзистора.

4

Рис. 2. Схема измерительной установки для определения передаточных характеристик полевых транзисторов осциллографическим методом

Примечания.

1.При определении ВАХ осциллографическим методом кнопки осциллографа В/А, DC, Auto должны быть "утоплены".

2.Напряжение, пропорциональное току стока, снимается на канал В с сопротивления 1 Ом. Поэтому токи стока на ВАХ определяются посредством деления напряжений на этом канале на 1 Ом и переводом полученных результатов в единицы тока.

Необходимо записать изображение ВАХ на экране осциллографа и сравнить ее с построенной в п. 2.1 при Uси = 25 В.

2.3. Измерение выходных характеристик полевого транзистора с p-n- затвором.

Схема измерительной установки приведена на Рис. 1.

Устанавливая значения Uси в соответствии с данными табл. 3, для каждого значения Uси снять показания измерительных приборов и внести их в эту таблицу.

Таблица 3

Экспериментальные данные для определения выходных характеристик

5

Повторить измерения при Uзи = –0,5 В и Uзи = –1 В. По результатам измерений построить графики семейства выходных характеристик транзистора Iс = f(Uси) при Uзи = const.

По выходным ВАХ определить дифференциальное сопротивление транзистора при Uзи = –0,5 В, Uси = 3 В.

2.4. Получение выходных ВАХ транзистора с помощью осциллографа.

Измерительная установка приведена на Рис. 3.

Здесь на канал А осциллографа посредством ИНУТ подается напряжение, пропорциональное току стока, а на канал В – напряжение стокисток. При определении ВАХ осциллографическим методом кнопки осциллографа А/В, DC, Auto должны быть «утоплены».

Установить в этой схеме Uзи = 0. Зарегистрировать выходную характеристику транзистора, отображенную на экране осциллографа, сравнить ее с построенной в п. 2.3 при Uзи = 0. Повторить измерения при

Uзи = –0,5 В и Uзи = –1 В.

Рис. 3. Схема измерительной установки для определения выходных характеристик осциллографическим методом

2.5. Измерение передаточных характеристик полевого транзистора с индуцированным каналом n-типа.

Для измерений использовать транзистор модели ideal из библиотеки default.

Измерительная установка для снятия характеристик приведена на Рис.

4.

Устанавливая значения Uзи в соответствии с данными табл. 4, для каждого значения Uзи снять показания измерительных приборов и внести их в эту таблицу.

7

Здесь на канал А осциллографа поступает напряжение Uзи, а на канал В через ИНУТ – напряжение, пропорциональное току стока. В результате на экране осциллографа отображается передаточная характеристика испытуемого транзистора.

Примечания.

1.При определении ВАХ осциллографическим методом кнопки осциллографа В/А, DC, Auto должны быть "утоплены".

2.Напряжение, пропорциональное току стока, снимается на канал В с сопротивления 1 Ом. Поэтому токи стока на ВАХ определяются посредством деления напряжений на этом канале на 1 Ом и переводом полученных результатов в единицы тока.

Необходимо записать изображение ВАХ на экране осциллографа и сравнить ее с построенной в п. 2.5 при Uси = 25 В.

2.7. Измерение выходных характеристик полевого транзистора с индуцированным каналом

Схема измерительной установки приведена на рис. 4. Устанавливая значения Uси в соответствии с данными табл. 5, для каждого значения Uси снять показания измерительных приборов и внести их в эту таблицу.

Таблица 5

Экспериментальные данные для определения выходных характеристик полевых транзисторов с индуцированным n-каналом

Повторить измерения при Uзи = 3 В, Uзи = 5 В.

Построить графики семейства выходных характеристик полевого транзистора Iс = f(Uси) при Uзи = const.

2.8. Определение выходных характеристик полевого транзистора с индуцированным каналом с помощью осциллографа.

Схема установки приведена на Рис. 6.

Здесь на канал А подается напряжение, пропорциональное току стока, а на канал В – напряжение сток-исток. Кнопки осциллографа А/В, DC, Auto должны быть "утоплены".

Зарегистрировать и записать выходные ВАХ транзистора при

Uзи = 2,5 В, Uзи = 3 В, Uзи = 5 В.

9

Полевые транзисторы часто называют униполярными (ток переносится носителями одного знака).

Различают два типа полевых транзисторов:

суправляющим p-n переходом,

сизолированным затвором (МДП-транзисторы).

5.1.Полевой транзистор с управляющим p-n переходом

Структура полевого транзистора, поясняющая его работу, приведена на Рис. 7.

Рис. 7. Схема включения полевого транзистора с p-n переходом и каналом n-типа

Полупроводник n-типа имеет на концах электроды, с помощью которых он включен в выходную цепь. Е2 – напряжение питания, Rн – нагрузка. Вдоль транзистора проходит ток основных носителей заряда. Входная цепь образуется с помощью третьего электрода (полупроводник с другим типом проводимости). Источник Е1 создает на p-n переходе обратное напряжение.

Принцип работы полевого транзистора заключается в следующем. При изменении входного напряжения изменяется обратное напряжение на p-n переходе, из-за этого изменяется толщина запирающего слоя (показан штриховыми линиями). Изменяется площадь сечения (толщина) области, через которую проходит ток основных носителей. Эта область называется каналом (в данном случае канал n-типа). Электрод, из которого в канал вытекают основные носители заряда, называется истоком (И). Из канала носители подходят к электроду, который называется стоком (С). Управляющий электрод, предназначенный для регулирования толщины канала, называется затвором (З). Это аналог базы биполярного транзистора.

Rо – сопротивление канала постоянному току.

При увеличении входного напряжения (Uзи) толщина канала уменьшается, Rо увеличивается, ток стока падает. При определенном

10

напряжении Uзи толщина канала будет стремиться к нулю, ток стока при этом

также стремится к нулю. При Uзи = 0 толщина канала h = hmax, Rо = Rо min, ток стока iс = ic max.

Для того чтобы входное напряжение более эффективно управляло выходным током iс, материал канала должен быть высокоомным (с малой концентрацией примесей). Тогда запирающий слой в нем будет большей толщины. Uзизап 1 В. По мере приближения к стоку потенциал канала повышается, увеличивается обратное напряжение на p-n переходе, увеличивается толщина запирающего слоя.

Для описания режима работы полевых транзисторов используют статические характеристики двух видов:

1. Передаточные характеристики:

iс f (Uзи )Uси const.

Они иллюстрируют управляющее действие затвора (Рис. 8).

При увеличении модуля напряжения Uзи ток стока падает. При Uзи =

Uотс iс = 0. Это напряжение Uотс называют напряжением отсечки. При Uзи = 0 iс максимален.

Если увеличивать Uси, то увеличивается запирающее напряжение на p-n переходе, толщина канала падает, ток стока уменьшается. С другой стороны ток стока должен расти по закону Ома. Из-за влияния этих двух противоположных эффектов характеристики при разных Uси очень близки.

Iс, мА

Uси=30 В

Uси=20 В

Uзи, В

Рис. 8. Передаточные характеристики полевого транзистора с каналом n-типа

Количественной характеристикой управляющего действия затвора является крутизна:

S Iс Uси const.

U зи