ЭБНЭ-Лаб1-2024
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра микро и наноэлектроники
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1
по дисциплине «Элементная база наноэлектроники»
Тема: Исследование работы полевого транзистора в ключевом режиме
Студент гр. |
_________________ |
Преподаватель |
_________________ |
Санкт-Петербург
2024
СОДЕРЖАНИЕ
Введение......................................................................................................... |
3 |
|
Цель лабораторной работы.......................................................................... |
3 |
|
Задачи лабораторной работы....................................................................... |
3 |
|
Основная часть.............................................................................................. |
4 |
|
1. |
Теоретическая часть ........................................................................... |
4 |
2. |
Практическая часть............................................................................. |
5 |
Заключение.................................................................................................. |
11 |
|
Список использованных источников........................................................ |
12 |
|
2
ВВЕДЕНИЕ
Цель лабораторной работы Исследовать работы полевого транзистора в ключевом режиме Задачи лабораторной работы
•Собрать схему для полевого n-канального транзистора с индуцированным каналом для работы в ключевом режиме
•Провести моделирование выходной характеристики полевого транзистора. Меняя управляющее напряжение от 0 до Uпит, получить семейство трех выходных характеристик
Uпит с |
= 0.5 |
|
|
= |
|
транзистора |
|
|
• |
Построить передаточную характеристику полевого |
|||||
при |
си1 |
|
и |
си2 |
пит |
, если напряжение на затворе меняется от 0 до |
|
|
|
|
|
||||
шагом 0.25V.
•Построить диаграммы работы схемы (временная зависимость входного и выходного сигнала) при подаче на вход прямоугольного импульса. Определить время включения и выключения транзистора.
•Составить отчет согласно требованиям ГОСТ
•Сделать выводы о работе
Методами решения поставленных задач будет, как раз таки, их прямое выполнение.
3
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
N-канальный транзистор — это тип полевого транзистора (обычно МОП-транзистора), в котором основным носителем заряда являются электроны. Он состоит из трех основных областей: истока (source), стока
(drain) и затвора (gate).
Основные характеристики данного типа транзисторов:
1.Канал типа n: ток протекает через канал, сформированный в полупроводниковом материале типа n (с избытком электронов).
2.Управление затвором: подача положительного напряжения на затвор относительно истока создает электрическое поле, которое привлекает электроны к поверхности канала, открывая его для прохождения тока между истоком и стоком.
3.Режим работы: открытый: когда напряжение на затворе выше порогового значения, канал открывается, и ток течет от истока к стоку. Закрытый: при отсутствии напряжения на затворе канал остается закрытым, и ток не протекает.
4.Преимущества: высокая скорость переключения благодаря высокой подвижности электронов, широкое применение в цифровой электронике, например, в логических схемах, усилителях и преобразователях.
Транзисторный ключ – устройство, предназначенное для управления мощной нагрузкой с помощью сравнительно слабого сигнала. Подобно тому, как обычный ключ замыкает и отмыкает замок, транзисторный ключ замыкает
иотключает электронную цепь. На заре электроники для этой цели использовались электромагнитные реле, но постепенно они вытеснялись электронными ключами благодаря преимуществам последних: у электронных ключей отсутствуют движущиеся детали (следовательно, нет механического износа со временем) и выше быстродействие.
4
2.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Впервую очередь стоит собрать схему, выданную в качестве задания (рисунок 1).
Рисунок 1. Схема Моделирование выходной характеристики полевого транзистора. Стоит
отметить, что выданный по заданию транзистор (2N6763) не работает. Все транзисторы типа TO-204AE, TO-204AA, TO-205AF также оказались нерабочими в данной версии программы.
Рисунок 2. Пример неправильной работы транзистора
5
Выше представлен «неверный» график, который получался при верном выставлении всех характеристик. При точно такой же, правильной, настройке DC Sweep «заработал» только транзистор 2N7000 (тип TO-92e-line) (рисунок 4). Поэтому в схему был имплементирован 2N7000 (рисунок 3) для дальнейшего моделирования выходной характеристики.
Рисунок 3. Схема с новым транзистором
Рисунок 4. Графики семейства трех выходных характеристик
6
На рисунке 4 изображены графики семейства трех выходных характеристик.Графикиотражаютзначениянапряжения0 В (краснаяпрямая), 2.5 В (алая кривая), 3 В (голубая кривая), 3.5 В (фиолетовая кривая) снизувверх соответственно.
Передаточная характеристика полевого транзистора. Напряжение между сток-исток равны 0.5 В и 3.5 В соответственно (рисунок 5)
Рисунок 5. Передаточная характеристика На данном графике, согласно легенде, серая линия – 0.5 В,
розовая – 3.5 В.
Черная вертикальная линия указывает на минимальное пороговое напряжение равное 2 В.
7
Реализация диаграммы работы схемы. Для реализации диаграммы, следует пересобрать схему, чтобы подавались прямоугольные сигналы (рисунок 6).
Рисунок 6. Схема для подачи прямоугольного сигнала
Рисунок 7. Диаграмма работы схемы Красная линия – ток на стоке, зеленая – напряжение на затворе.
Аналогично и на следующих рисунках (рисунок 8, 9).
8
Определим время включения и выключения транзистора. Для этого следует максимально приблизить диаграмму в местах роста и спада сигналов транзистора.
Рисунок 8. Время включения транзистора На данном рисунке видно, что время включения равно
приблизительно 1.1528 нс.
9
Рисунок 9. Время выключения транзистора.
Согласно рисунку 9 видно (значение dx), что время выключения равно 1.5276 наносекунд.
10