6 Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом

Введение

Полевым, или униполярным, транзистором (ПТ) называют полупроводниковый прибор с тремя (или четырьмя) выводами, усилительные свойства которого обусловлены модуляцией проводимости канала за счет напряжения между особым электродом (затвором) и каналом. Поскольку проводимость канала обусловлена основными носителями, ПТ часто называют униполярным транзистором. Канал может иметь как электронную (ПТ с каналом n-типа), так и дырочную (ПТ с каналомp-типа) проводимости. Следовательно, и для полевых транзисторов присуще свойство комплементарности.

Промышленность выпускает ПТ трех основных разновидностей. Во-первых, это кремниевые ПТ с затвором в виде p-n-перехода (с управляющимp-n-переходом); такие ПТ выполняют роль дискретных приборов.

Во-вторых, это кремниевые ПТ с затвором в виде структуры металл-диэлектрик-полупроводник, МДП (металл-окисел-полупроводник, МОП); такие ПТ в варианте приборов с индуцированным каналом являются самым распространенным усилительным (переключающим) прибором в кремниевых микросхемах.

В-третьих, это арсенид-галлиевые ПТ с затвором в виде диода Шотки; такие ПТ с каналом n-типа применяются как в дискретных, так и в интегральных схемах в диапазонах сверхвысоких частот.

Кремниевые МДП (МОП)-транзисторы не требуют изоляции от кристалла, поэтому на базе таких транзисторов с индуцированным каналом созданы цифровые микросхемы наивысшей степени интеграции.

6.1 Цель работы

Научиться определять статические и дифференциальные параметры ПТ, а также параметры усилителя на ПТ.

6.2 Задачи

Для достижения поставленной цели вам необходимо решить следующие задачи:

- провести измерения и построить статические вольт-амперные характеристики (ВАХ) ПТ с каналом p-типа илиn-типа (по заданию преподавателя);

- определить статические параметры ПТ;

- рассчитать дифференциальные параметры ПТ;

- рассчитать параметры усилителя на ПТ.

6.3 Порядок работы и методы решения задач

6.3.1 Из справочника /1/ выпишите кратко основные электрические параметры исследуемого ПТ, зарисуйте его условное графическое обозначение, эскиз внешнего вида со схемой расположения выводов, расшифруйте маркировку ПТ.

Изобразите схему включения ПТ с общим истоком в активном режиме /2, раздел 13-2; 3, раздел 7.1; 4, раздел 6.1/, укажите токи и напряжения во входной и выходной цепях. Дайте эскиз структуры ПТ.

6.3.2 С помощью лабораторного макета, передняя панель которого с элементами управления и контроля режимов ПТ показана на рисунке 6.1, проведите измерения статических выходных и передаточных характеристик ПТ /2, раздел 13-2; 3, раздел 7.1; 4, раздел 6.1/.

Перед включением измерительного прибора в сеть, проверьте наличие заземления корпуса прибора.

Измерение статических ВАХ с помощью лабораторного макета производится по точкам методом вольтметра-амперметра.

Принципиальная электрическая схема измерительного макета приведена на рис. 6.2.

Определите по справочнику /1/ тип проводимости канала исследуемого вами ПТ и переведите ключи измерения полярности напряжения на стоке и затворе в положение, соответствующее его работе в активном режиме (см. рисунок 6.1). Подключите испытуемый ПТ к измерительному блоку.

При измерении выходных ВАХ ПТ необходимо задавать различные напряжения на стоке и измерять соответствующие им токи стока. Напряжение на стоке меняйте от нуля до 10 В.

Выходную характеристику ПТ измерьте четыре раза при постоянных напряжениях на затворе U_зи= 0; 0,25; 0,5 и 1,0 В.

При измерении передаточной характеристики ПТ необходимо задавать различные напряжения на затворе и измерять соответствующие им значения тока стока при условии постоянства напряжения между стоком и истоком.

Напряжение на затворе меняйте от нуля до значений, при которых I_с0.

Передаточную характеристику измерьте четыре раза при постоянных напряжениях на стоке U_си= 0,5; 1,0; 5,0 и 10 В.

6.3.3 Используя результаты полученных измерений, постройте семейства выходных и передаточных характеристик ПТ.

6.3.4 По статическим ВАХ ПТ определите его статические параметры и укажите их на графиках /2, раздел 13-2; 3, раздел 7.1; 4, раздел 6.1/:

- начальный ток стока I_{с нач};

- напряжение отсечки U_{зи отс};

- напряжение насыщения U_{си нас}.

На основе построенных статических ВАХ ПТ рассчитайте его дифференциальные параметры /2, раздел 13-2; 3, раздел 7.1/ методом графического дифференцирования:

- выходную проводимость ПТ g₂₂приU_си= 10 В;U_зи= 0;

- крутизну SприU_зи= 0 и при напряженияхU_си= 0,5; 1,0; 5,0 и 10 В;

- коэффициент усиления приU_зи= 0 иU_си= 10 В.

Постройте зависимость крутизны Sот напряженияU_си.

При расчете дифференциальных параметров ПТ методом графического дифференцирования величины приращений токов и напряжений на электродах ПТ необходимо выбирать такими, чтобы в пределах этих приращений участок статической ВАХ ПТ оставался линейным.

6.3.5 Изобразите усилитель на ПТ с общим истоком и рассчитайте его коэффициент усиления К_уи максимальную выходную мощностьP_{вых.макс}/3, раздел 7.1/.

При расчете используйте значения найденных вами параметров ПТ. Сопротивление нагрузки в цепи стока R_н= 100 кОм.

Отчет о работе должен содержать результаты измерений и вычислений по всем пунктам задания.

Для успешной защиты выполненной работы вы должны знать принцип работы ПТ с управляющим p-n-переходом, его основные статические и дифференциальные параметры, уметь их определять, уметь пояснить ход статических ВАХ, сравнить с другими типами усилительных приборов.

Библиографический список

1 Аронов В.А. и др. Полупроводниковые приборы. Транзисторы: Справочник. - М.: Энергоиздат, 1983. - 904 с.

2 Дулин В.Н. Электронные приборы: Учебник. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1977. - 424 с.

3 Батушев В.А. Электронные приборы: Учебник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1980. - 383 с.

4 Пасынков В.В. и др. Полупроводниковые приборы: Учебник. - 3-е изд., переработ. и доп. - М.: Высш. шк., 1981. - 431 с.

Приложение А

(обязательное)

Пример оформления отчета по лабораторной работе

Титульный лист отчета

Министерство образования РФ

Новгородский государственный университет

им. Ярослава Мудрого

_____________________________________________________________

Кафедра “Физика твердого тела и микроэлектроника”

Термистор

Лабораторная работа по дисциплине

“Электроника и микроэлектроника”

Отчет

Преподаватель

___________И.И.Иванов

подпись

“. . .”. . . . . . . . . . 1998г.

дата

Студент гр. _________

____________ В.В.Алексеев

подпись

“. . .”. . . . . . . . . . 1998г.

дата

1998

1 Цель работы

Научиться определять основные статические и дифференциальные параметры термистора.

2 Задачи

- ознакомиться со справочными данными термистора;

- провести измерения вольт-амперной характеристики и зависимости сопротивления от температуры;

- рассчитать температурный коэффициент сопротивления и коэффициент температурной чувствительности термистора.

3 Определение

Термистор - это полупроводниковый объемный резистор с большим отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.

4 Практическая часть

Справочные данные термистора КМТ-17б /1/:

конструкция условное графическое обозначение

Маркировка: КМТ-17б. Кобальто-марганцевый (КМ) терморезистор (Т), тип конструкции 17б (дисковый).

Основные параметры:

- пределы номинального сопротивления R_ном= 0,320 кОм;

- максимальная мощность рассеяния Р_макс= 500 мВт;

- интервал рабочих температур t= -60155С;

- температурный коэффициент сопротивления _R> 4,2 %/К;

- коэффициент рассеяния Н = 10 мВт/К;

- коэффициент температурной чувствительности В > 3600 К;

- постоянная времени = 30 с.

Измерение вольт-амперной характеристики и температурной зависимости сопротивления термистора

Рисунок А1 - Принципиальная электрическая схема для измерения

характеристик и параметров терморезисторов

Таблица А1 - Вольт-амперная характеристика термистора КМТ-17б

I, мА	0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	4,0	4,5	5,0	6,0	7,0	8,0	10
U, В	0	10	30	40	60	80	100	90	80	70	65	60	57	52

Таблица А2 - Зависимость сопротивления термистора КМТ-17б

от температуры

Т, С	22	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75	80	85	90
RТ, Ом	2	10	5	10	600	200	150	100	91	80	72	60	40	33

Рисунок А2 Рисунок А3

4.3 Расчет параметров термистора КМТ-17б

Температурный коэффициент сопротивления (рисунок А3):

.

Коэффициент температурной чувствительности:

4.4 Применение термистора

Термисторы применяются в качестве датчиков при измерении и регулировании температуры, измерении мощности на СВЧ, для температурной сигнализации и т.п.

Библиографический список

1 Зайцев Ю.В. Полупроводниковые приборы. - М. Энергия, 1980.

2 Пасынков В.В. и др. Полупроводниковые приборы: Учебник. - изд. 3-е перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1981. - 431 с.

Учебно-методическое издание

ЭЛЕКТРОНИКА И МИКРОЭЛЕКТРОНИКА