13

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Московский государственный институт электроники и математики

(технический университет)

Кафедра «Электроники

и Электротехники»

Лабораторная работа № 1 на темы:

«Изучение статических вольт-амперных характеристик биполярного транзистора и определение параметров его модели для схемотехнических расчетов.» «Изучение статических вольт-амперных характеристик МДП транзистора и определение параметров его модели для схемотехнических расчетов.»

Выполнил:

студент группы С-41

бригада №1

Панфилов А.А.

Руководитель:

Орехов Е.В.

Москва 2010

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Экспериментальное исследование входных и выходных ВАХ биполярного транзистора; приобретение навыков определения параметров схемотехнической модели Гуммеля-Пуна биполярного транзистора по результатам измерения его ВАХ. Изучение статических ВАХ МДП транзистора; изучение способов и определение параметров его модели для схемотехнических расчетов; приобретение навыков работы с полупроводниковыми приборами. Приобретение навыков расчета схем с помощью программы схемотехнического анализа РSPICE.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

У полевых транзисторов с изолированным затвором последний представляет собой металлический слой, изолированный от полупроводника тонкой диэлектрической пленкой. Наличие диэлектрика снимает ограничение на полярность смещения: она может быть как положительной, так и отрицательной, причем в обоих случаях ток затвора отсутствует. Структуратаких транзисторов (металл — диэлектрик — полупроводник), как уже отмечалось, лежит в основе их названия: МДП транзисторы. В том весьмараспространенном случае, когда диэлектриком является окисел (двуокись кремния), их называют МОП транзисторами (по-английски MOS).

Две основные структуры МДП транзисторов показаны на рис. 1.

Первая из них (рис. 1,а) характерна наличием специально осуществленного(встроенного или собственного) канала, проводимость которого модулируется смещением на затворе. В случае канала р-типа положительный потенциал UЗ «отталкивает» дырки из канала (режим обеднения), а отрицательный — «притягивает» их (режим обогащения). Соответственно проводимость канала либо уменьшается, либо увеличивается по сравнению с ее значением при нулевом смещении. Вторая структура (рис. 1,б) характерна отсутствием структурно выраженного канала. Поэтому при нулевом смещении на затворе проводимость между истоком и стоком практически отсутствует: исток и сток образуют с подложкой встречно-включенные р-п переходы. Тем более не может быть существенной проводимости между истоком и стоком при положительной полярности смещения, когда к поверхности полупроводника притягиваются дополнительные электроны. Однако при достаточно большом отрицательном смещении, когда приповерхностный слой сильно обогащается притянутыми дырками, между истоком и стоком образуется индуцированный (наведенный полем) канал, по которому может протекать ток. Значит, транзисторы с индуцированным каналом работают только в режиме обогащения. В настоящее время этот тип транзисторов имеет наибольшее распространение.

Биполярный транзистор Выходная характеристика

IБ=30 мкА			IБ=50 мкА			IБ=70 мкА
UКЭ, мВ	IК, мА		UКЭ, мВ	IК, мА		UКЭ, мВ	IК, мА
50,5	0,196		50,3	0,351		50,3	0,515
60,8	0,289		103,5	1,739		115,7	2,72
70,5	0,399		152	3,04		146,1	3,77
81,5	0,538		212	3,72		206	4,78
92,2	0,701		259	3,86		256	5,09
101,5	0,845		306	3,92		317	5,25
111,1	0,998		418	3,94		363	5,31
123,3	1,185		933	3,98		412	5,34
131,5	1,291		1950	4,04		520	5,36
141,7	1,392		3020	4,10		713	5,38
152,3	1,498		4090	4,14		1473	5,45
160,5	1,568		8290	4,36		7600	5,91
177,0	1,67
251,0	2,1
8790,0	2,63

Построим семейство характеристик , где параметр – это ток базы .

Определим сопротивление коллектора для ветви характеристики, соответствующей наибольшему току базы, по формуле:

, где и ― приращения напряжения и тока в области малых токов и напряжений.

Определим напряжение Эрли для ветви характеристики, соответствующей среднему значению тока базы:

, где и – изменение напряжения и тока в области больших напряжений. - значение тока коллектора, в котором берется приращение .

Входная характеристика

Uбэ,В	Iб, мкА	Iк, мА
0,585	10	0,54
0,608	20	1,13
0,621	30	1,91
0,631	40	2,63
0,638	50	3,57
0,645	60	4,50
0,650	70	5,01
0,655	80	5,39
0,658	90	5,71

Построим в логарифмическом масштабе зависимости и .

Для определения параметров , выбирается участок , на котором зависимость тока от напряжения является экспоненциальной (еще нет влияния сопротивлений). На графике, построенном в логарифмическом масштабе, это будет линейный участок с наибольшей крутизной. На этом участке выбираются две точки, максимально отстоящие одна от другой.

Определим ток насыщения и коэффициент не идеальности из системы уравнений:

Получаем и .

Зная значения тока насыщения и коэффициента неидеальности, найдем сопротивление базы и коэффициент усиления :

По полученной ВАХ определим коэффициент усиления .

0,585	54
0,608	56,5
0,621	63,67
0,631	65,75
0,638	71,4
0,645	75
0,650	71,57
0,655	67,38
0,658	63,44

Расчет входных и выходных характеристик с использованием программы LTspice IV

lab

ib 0 2 30u

vc 3 0 5

q1 3 2 0 kt

.model kt npn (is=4.3771e-12 bf=75.16 vaf=79,1142 nf=1.1223 rb=501.1 rc=62,7008)

.dc vc 0 5 10m ib 30u 70u 20u

.probe

.end

lab

vc 3 0 3

vb 1 0 1

q1 3 1 0 kt

.model kt npn (is=4.3771e-12 bf=75.16 vaf=79,1142 nf=1.1223 rb=501.1 rc=62,7008)

.dc vb 0 1.5 10m

.probe

.end

МДП ТРАНЗИСТОР

Определение порогового напряжения и крутизны

	-0,5	-1	-1,5	-2	-2,5	-2,6	-2,7	-2,8	-2,9	-3	-3,25	-3,5
	-0,8	-0,7	-0,6	-0,7	-8,6	-16,6	-25,1	-38,6	-52,5	-67	-112,7	-140,5

	-3,75	-4	-4,25	-4,5	-4,75	-5
	-153,8	-161,7	-166,4	-169,5	-172,2	-174,0

По полученным данным строится график зависимости:

Пороговое напряжение . (Напряжение, при котором появляется ток порядка -10 мкА). Определение крутизны: