Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Полупроводниковые приборы. Лабораторный практикум
.pdf
Следующим видом полевых транзисторов являются транзисторы с изолированным затвором (транзисторы типа МОП или
МДП). На рисунке 5.6 приведены структуры и обозначения на
принципиальных схемах одной из разновидностей таких транзисторов – МОП транзисторов со встроенным каналом разного типа проводимости. Как видно из данного рисунка, в слое полупроводникового материала, который называется подложкой,
создаются области противоположного типа проводимости, называемые стоком и истоком, соединенные проводящим каналом
из материала с тем же типом проводимости, но слабее легированного по сравнению с областями стока и истока.
Рис. 5.6. Структура и условные обозначения МОП транзисторов
со встроенным каналом
Над областью канала располагается металлический или полупроводниковый электрод – затвор, отделенный от канала слоем окисла или другого диэлектрика.
Для работы такого транзистора с каналом из n-полупроводника на подложку подается максимальный действующий
в схеме отрицательный потенциал, чтобы переходы исток-подложка, сток-подложка были бы закрыты. Но подложка может
соединяться и с истоком. В этом случае протеканию тока через
границу раздела исток-подложка препятствует внутреннее поле
p-n перехода. При напряжении между затвором и истоком (Uзи)
равном нулю и положительном относительно истока напряже-
61
нии на стоке (Uзи), по каналу потечет ток Iс. Его зависимость от
напряжения будет аналогична соответствующей зависимости
у полевого транзистора с p-n переходом и n-каналом, так как
подложку в этом случае можно представить в роли соответствующего затвора.
При подаче на затвор МОП транзистора положительного относительно истока напряжения, произойдет подтягивание электронов из подложки в p-область канала и его проводимость, а, следо-
вательно, и ток стока будут увеличиваться. Такой режим работы
полевого транзистора со встроенным каналом называется режимом
обогащения. В случае если на затвор подается отрицательное относительно истока напряжение, происходит выталкивание электронов из области канала в подложку, проводимость канала и ток стока уменьшаются. Данная ситуация соответствует работе транзистора в режиме обеднения. При некоторой величине отрицательного напряжения на затворе, называемой напряжением отсечки U
отс
,
канал полностью перекрывается, его проводимость и, соответственно, ток стока становятся равными нулю.
Вольтамперные характеристики МОП транзистора со встроенным каналом n-типа имеют вид, показанный на рисунке 5.7.
Током стока можно управлять при подаче на затвор относительно истока напряжения обоих полярностей.
Рис. 5.7. Вольтамперные характеристики полевого транзистора МОП типа
со встроенным n-каналом
62
Структура следующей разновидности МОП транзистора –
полевого транзистора с индуцированным, или наведенным каналом представлена на рисунке 5.8. В исходном состоянии проводящий канал между областями стока и истока отсутствует,
соответственно и ток стока будет равен нулю.
Проводящий канал и ток у транзистора с подложкой из
p-полупроводника появляются лишь при подаче на затвор относительно истока положительного напряжения, большего, чем
некоторое пороговое значение U
. При этом дырки из подза-
пор
творной области отталкиваются вглубь подложки, данная область обогащается электронами и при Uзи > U
формируется
пор
область с инверсной по отношению к подложке n-проводимостью, соединяющая зоны стока и истока. С ростом напряжения U
размеры данной области (канала), ее проводимость и ток
зи
стока увеличиваются.
Рис. 5.8. Структура и условные обозначения МОП транзисторов
с индуцированным каналом
Вольтамперные характеристики этого транзистора приведены на рисунке 5.9. Они похожи на соответствующие характеристики МОП транзистора со встроенным каналом, но управление
током стока происходит лишь при положительном напряжении
на затворе, большем порогового.
63
Рис. 5.9. Вольтамперные характеристики
полевого транзистора МОП типа с индуцированным n-каналом
Конструктивным вариантом полевого транзистора является
двухзатворный транзистор – МДП–тетрод. Условное графическое обозначение полевого тетрода приведено на рисунке
5.10.Управляющим является первый затвор. Второй затвор, действуя как электростатический экран, уменьшает проходную ѐмкость прибора (эффект Миллера). Возможность работы на более
высоких частотах – основное преимущество тетрода по сравнению с МДП–транзистором. Кроме того, тетрод существенно упрощает конструирование смесительных устройств.
а б
Рис. 5.10. Полевой тетрод с каналом: а) р-типа и б) n-типа
Примерами промышленных образцов являются МДП–
тетроды со встроенным каналом n-типа и двумя затворами,
предназначенные для высокочастотных каскадов радиоприѐм-
64
ных устройств. При необходимости второй затвор (как экранирующую сетку пентода) можно использовать в качестве второго
управляющего электрода, например, в схеме преобразователя
(смесителя) частоты.
Основными параметрами полевых транзисторов являются
крутизна передаточной характеристики и дифференциальное
сопротивление канала.
В качестве предельно допустимых параметров обычно указываются: максимально допустимые напряжения U
максимально допустимый ток стока I
тимая мощность рассеивания Р
. Основными преимущества-
с max
; максимально допус-
с max
си max
и U
зи max
ми полевого транзистора являются большое входное сопротивление по постоянному току и высокая технологичность.
IV. Порядок выполнения работы
Подключите стенд к сети 220 В/50 Гц;
Установите ручки потенциометров на лицевой панели стенда в крайнее левое положение.
Включите клавишу «СЕТЬ. О готовности стенда к работе
свидетельствует свечение светодиодов на лицевой панели стенда и появление информации на ЖКД.
1. Исследование статических вольтамперных характеристик
полевого транзистора
1.1. Нажатием кнопки «Тип прибора» подключите к изме-
рительной схеме исследуемый полевой двухзатворный транзистор (полевой тетрод).
1.2. Включите опорное напряжение Е
значение напряжения на втором затворе Е
= + 12 В. Установите
оп
= 8 В. Для пяти раз-
2
личных значений напряжения на затворе Е1снимите зависимости тока стока полевого транзистора I3 от напряжения стокисток Е3 , изменяя последнее от максимального значения до минимального. В процессе эксперимента напряжение Е1 поддерживайте постоянным, а его величину выбирайте таким образом,
чтобы ток стока транзистора не превышал значение 30 мА. Результаты измерений занесите в таблицу 5.1.
;
65
Таблица 5.1
Е
11,
В
Е3
I3
Е
12,
В
Е3
I3
Е
13,
В
Е3
I3
Е
14,
В
Е3
I3
Е
15,
В
Е3
I3
Е
11,
В
Е3
I3
Е
12,
В
Е3
I3
Е
13,
В
Е3
I3
Е
14,
В
Е3
I3
Е
15,
В
Е3
I3
при Е
= 8 В
2
В таблице 5.1 значения напряжений на первом затворе Е
,
1n
где n = 1,…,5.
1.3. Установите напряжение на втором затворе Е2 = 4 В, по-
вторите исследования п. 1.3. Результаты измерений занесите
в таблицу 5.2.
Таблица 5.2
при Е
= 4 В
2
2. Исследование проходной вольтамперной характеристики
полевого транзистора
Установите значение напряжение на втором затворе Е
Для пяти – семи различных значений напряжения на затворе Е
= 8 В.
2
1
снимите зависимости тока стока полевого транзистора I3 от на-
66
пряжения на первом затворе Е1, поддерживая в процессе экспе-
Е
1
, В
I3, мА
римента постоянным напряжение Е3. Величину Е1 выбирайте таким образом, чтобы ток стока транзистора не превышал значение 30 мА. Результаты измерений занесите в таблицу 5.3.
Таблица 5.3
при Е
= 8 В, Е3= 8 В
2
Работа считается выполненной после просмотра и утверждения полученных результатов преподавателем.
По окончании работы клавишей «СЕТЬ» отключите питание стенда.
V. Обработка результатов измерений
1. По данным таблиц 5.1 и 5.2 постройте семейства выход-
ных статических характеристик транзистора и I3 = f (E3) при
E1 = const и E2 = const. Сравните полученные результаты.
2. По данным таблицы 5.3 постройте проходную характери-
стику транзистора I3 = f (E1) при E2 = const и E3 = const; определите ее крутизну.
3. Приведите основные параметры исследуемого транзисто-
ра КП350.
4. Сделайте выводы по работе.
VI. Контрольные вопросы
1. Дайте определение полевым транзисторам.
2. Изобразите устройство и поясните принцип действия по-
левого транзистора с управляющим p-n переходом.
3. Изобразите устройство и поясните принцип действия по-
левого транзистора со структурой МДП.
4. Изобразите устройство и поясните принцип действия по-
левого транзистора с барьером Шоттки.
67
5. Приведите условные графические обозначения полевого
транзистора разных типов и структур.
6. Приведите и охарактеризуйте вид передаточных характе-
ристик полевого транзистора различных структур. Дайте определение крутизны МДП-транзистора.
7. Приведите и охарактеризуйте вид выходных характери-
стик полевого транзистора различных структур.
8. С чем связан наклон выходных ВАХ в области насыщения?
9. Поясните, каким образом можно определить крутизну S
по характеристикам полевого транзистора?
10. Поясните, каким образом можно определить выходное
сопротивление по выходным характеристикам полевого транзистора?
11. Охарактеризуйте основные справочные параметры по-
левого транзистора
12. Изобразите эквивалентную схему полевого транзистора.
Поясните роль всех элементов модели.
68
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И.: Учебник для
вузов. Под ред. О.П. Глудкина. – М.: Горячая линия-Телеком,
2007. – 768 с.
2. Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций. – С-Пб.:
Корона – Век, 2010. – 416 с.
3. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учебное
пособие для вузов. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2003. –
488 с.
4. Петров К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и элек-
троника. – Санкт-Петербург: Питер, 2003. – 511 с.
5. ОСТ 11.336.919–81 «Приборы полупроводниковые. Сис-
тема условных обозначений».
69
ПРИЛОЖЕНИЕ
Исходный материал
Условные обозначения
Германий
Г или 1
Кремний
К или 2
Соединения галлия (например арсенид галлия)
А или 3
Соединения индия (например форсид индия)
И или 4
Условные обозначения и классификация
полупроводниковых приборов
Система обозначений полупроводниковых приборов по
ОСТ 11.336.919–81 «Приборы полупроводниковые. Система условных обозначений» состоит из 5 элементов. В основу системы
обозначения положен буквенно-цифровой код.
Первый элемент (буква или цифра) обозначает исходный
полупроводниковый материал, на базе которого создан полупроводниковый прибор. Для приборов общегражданского применения используются буквы Г, К, А и И, являющиеся начальными буквами в названии полупроводникового материала. Для
приборов специального применения (более высокие требования
при испытаниях, например выше температура) вместо этих букв
используются цифры от 1 до 4. В таблице П.1 приведены обозначения для первого элемента.
Таблица П.1
Второй элемент – буква, обозначает подкласс полупроводниковых приборов. Обычно буква выбирается из названия прибора, как первая буква названия (см. табл. П.2).
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]