Лабораторная работа №9 изучение характеристик и параметров мдп-транзистора

Цель работы: снятие и построение статических характеристик МДП-транзистора; определение параметров модели транзистора.

Описание лабораторной установки

Схема передней панели представлена на рис. 9.1. В центральной части изображена схема измерения параметров МДП-транзистора со встроенным каналом типа КП 305. Схема позволяет исследовать параметры полевого транзистора при нормальном (N) и инверсном (I) включении. Переключение из одного режима в другой осуществляется переключателем, расположенным в правой части стенда.

Рис. 9.1. Схема измерения параметров МДП-транзистора

Для снятия статических характеристик в стенде установлены три плавно регулируемых генератора напряжения:

• GU_зи – генератор напряжения затвор-исток;

• GU_пи – генератор напряжения подложка-исток;

• GU_си – генератор напряжения сток-исток.

На затвор может быть подано как положительное, так и отрицательное относительно истока напряжение, на подложку – отрицательное, на сток – положительное.

Для контроля напряжения соответствующих источников напряжения и тока стока в верхней части стенда расположены вольтметры и миллиамперметр.

Для исследования влияния температуры на характеристики транзистора предусмотрен прогрев прибора до 60 С.

Задания по выполнению лабораторной работы

1. Для нормального включения транзистора (режим N) при напряжении U_пи = 0 снять и построить стоковые характеристики I_c = f(U_си) при U_зи = const для шести значений U_зи. Используя стоковые характеристики, построить стоко-затворные характеристики I_c = f(U_зи) при U_си = const для двух значений U_си = 3 В, U_си = 8 В.

2. Снять и построить стоковые характеристики при U_пи = 2 В; 6 В. По данным п. п. 1 и 2 построить на одном графике стоко-затворные характеристики при U_си = 8 В и U_пи = 0, 2, 6 В.

3. Снять и построить зависимость напряжения отсечки от напряжения U_пи при прямом и инверсном включениях.

4. Для инверсного включения транзистора (режим I) снять и построить выходные характеристики I_и = f(U_ис) при U_зс = const для трех значений U_зс и двух значений U_пс 0,6 В.

5. Включить подогрев. Повторить действия, начиная с п. 1. Определить температурный коэффициент ТКI для трех значений U_зс. Время подогрева 3-4 мин. Т = 60°.

6. По результатам экспериментов определить дифференциальные параметры малосигнальной эквивалентной схемы полевого транзистора: S, µ, Р при U_зи = U_зс = 0 для нормального и инверсного включений.

Методические указания по выполнению лабораторной работы

К пункту 1.

Включить транзистор нормально (переключатель «Реж. N/I» в положении N). Установить U_пи = 0, U_зи = –2 В. Изменяя U_cи от 0 до максимального напряжения, снять зависимость I_C(U_си). Аналогично снять характеристики при U_зи = –1; –0,5; 0; +0,5; +1; +2 В. Результаты измерений занести в таблицу (табл. 9.1).

Таблица 9.1. Результаты измерений

Uпи = 0, Uзи = –1 В
Uси, В
Iс, мА
Uпи = 0, Uзи = –0,5 В
Uси, В
Iс, мА

К пункту 2.

Установить U_пи = 2 В и снять стоковые характеристики, как в предыдущем пункте для U_зи = –1; 0; +1; +2 В. Аналогично снимаются характеристики для U_пи = 6 В.

К пункту 3.

Установить U_cи = 5 В. Задавая последовательно U_пи = 0,2 В; 4 В; 6 В; 8 В, изменять U_зи до тех пор, пока ток I_C будет меньше 0,1 мА (по прибору РА I_С ≈ 0). Полученное значение U_зи принять за напряжение отсечки U_зио. Опыт повторить при инверсном включении транзистора. В инверсном режиме сток и исток меняются местами, учитывая это, необходимо для инверсного включения заменить обозначения: U_зи на U_зс, U_пи на U_пс, I_С на I_и, U_си на U_ис. Таким образом, при инверсном включении установить U_ис = 5 В, задавать поочередно значения U_пc = 0; 2; 4; 6; 8 В, контролировать ток I_C и фиксировать напряжение отсечки U_зсо.

К пункту 4.

Характеристики снимаются аналогично тому, как описано в указаниях к п.п. 1, 2 для нормального включения. Стоковые характеристики при одинаковых U_пи (U_пc) построить на одних графиках при прямом и инверсном включениях совместно с п.п. 1, 2 задания, откладывая по положительным направлениям I_C и U_си, а по отрицательным – I_И и U_иc (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Стоковые характеристики

К пункту 5.

Полученные характеристики построить совместно с характеристиками к п. 1 задания пунктирными линиями на стоковых и стоко-затворных характеристиках. Температурный коэффициент тока стока определить с учётом знаков для U_зи = –1; 0; +2 В по формуле

.

К пункту 6.

Если известно, что транзистор работает в линейном режиме при малых отклонениях, то используется мало сигнальная эквивалентная схема (рис 9.3). При указанных условиях подложка соединяется обычно с истоком. Ёмкость С_з-к затвора по отношению к каналу образует совместно с сопротивлениями σ_К канала и σ_И истока RС-цепочку, снижающую крутизну S.

Для статической модели основными параметрами являются: S – крутизна; R_i – внутреннее сопротивление и µ – коэффициент усиления по напряжению. Они связаны соотношением µ = S·R_i.

Рис. 9.3.Схема замещения транзистора

Омическое сопротивление слоёв стока σ_C и истока σ_И в первом приближении можно считать равными нулю. Крутизна S определяется по стоко-затворной характеристике (рис. 9.4)

.

Рис. 9.4. Стоко-затворная характеристика

Внутреннее сопротивление R_i определяется по стоковым характеристикам (см. рис. 9.2).

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

• исследуемые схемы;

• таблицы с результатами измерений по п.п. 1-6 задания и графики, построенные по результатам измерений;

• таблицу с рассчитанными значениями параметров модели.

Вопросы и задания для домашней подготовки

1. Чем отличается МДП-транзистор от полевого транзистора с управляющим p-n-переходом?

2. Чем отличаются МДП-транзисторы со встроенным и изолированным каналами?

3. Нарисуйте семейство стоковых характеристик транзистора.

4. Нарисуйте семейство стоко-затворных характеристик I_c = f(U_зи) при U_си = const. Как они могут быть получены из стоковых характеристик?

5. Что такое пороговое напряжение U_зип, напряжение отсечки U_зио (показать на характеристиках)? Как они зависят от напряжения U_пи?

6. Почему у полевых транзисторов не снимаются входные характеристики?

Контрольные вопросы и задания

1. Нарисуйте структуру МДП-транзистора с индуцированным (встроенным) каналом; объясните принцип работы МДП-транзистора.

2. Поясните физику работы транзистора на крутом участке характеристик и проверьте формулу для тока.

3. Поясните физику работы транзистора на пологом участке и проверьте формулу для тока на этом участке.

4. Поясните влияние напряжения подложки на характеристики транзистора и проверьте формулу, учитывающую это влияние.

5. Нарисуйте стоко-затворные характеристики всех транзисторов с р- и n-каналами.

6. Объясните зависимость стоковых характеристик от температуры работы.

7. Объясните, как будет работать транзистор при подаче на сток-исток синусоидального переменного напряжения. Нарисуйте временную диаграмму работы.

Библиографический список¹

1. Агаханян, Тимур Маратович. Основы транзисторной электроники: учеб. пособие для вузов / под ред. Т. М. Агаханяна. — М.: Энергия, 1974. — 256 с.: ил.

2. Степаненко, Игорь Павлович. Основы теории транзисторов и транзисторных схем / под ред. И. П. Степаненко. — М.: Энергия, 1977. — 762 с.: ил.

3. Анисимов, Борис Васильевич. Машинный расчет элементов ЭВМ: учеб. пособие для вузов / под ред. Б. В. Анисимова. — М.: Высш. шк., 1976. — 336 с.: ил.

4. Батушев, Владимир Алексеевич. Электронные приборы / под ред. В. А. Батушева. — М.: Высш. шк., 1960. — З84 с.: ил.

5. Лабораторные работы по курсу «Полупроводниковые приборы», — М.: МЭИ, 1986. — 44 с.