0cd667c1_metoda-po-ebe-laby / metoda ebe

Каналом полевого транзистора называют область в полупроводнике, в которой ток основных носителей заряда регулируется изменением ее поперечного сечения.

Электрод (вывод), через который в канал входят основные носители заряда, называют истоком. Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда, называют стоком. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала за счет управляющего напряжения, называют затвором.

Как правило, выпускаются кремниевые полевые транзисторы. Кремний применяется потому, что ток затвора, т.е. обратный ток р-n-перехода, получается во много раз меньше, чем у германия.

Условные обозначения полевых транзисторов с каналом n- и р-типов приведены на рис. 1.

Рис.1. Условное обозначение полевого транзистора с р-n-переходом: с каналом n- типа; каналом р-типа

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом имеет два невыпрямляющих контакта к области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда, и один или два управляющих электроннодырочных перехода, смещённых в обратном направлении (см. рис. 2).

При изменении обратного напряжения на p-n-переходе изменяется его толщина и, следовательно, толщина области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда. Управляющее (входное) напряжение подается между затвором и истоком. Напряжение Uзи является обратным для обоих р-n-переходов.

- 21 -

Стоковые (выходные) характеристики полевого транзистора с р-n- переходом и каналом n-типа показаны на рис.3а. Они отражают зависимость тока стока от напряжения Uси при фиксированном напряжении Uзи: Ic = f(Uси)

при Uзи = const.

Рис. 3. Вольт-амперные характеристики полевого транзистора с р-п- переходом и каналом п- типа: а – стоковые (выходные); б – стоко-

затворная

Особенностью полевого транзистора является то, что на проводимость канала оказывает влияние как управляющее напряжение Uзи, так и напряжение Uси. При Uси=0 выходной ток Iс=0. При Uси 0 (Uзи=0) через канал протекает ток Ic, в результате чего создается падение напряжения, возрастающее в направлении стока. Суммарное падение напряжения участка исток-сток равно Uси. Повышение напряжения Uси вызывает увеличение падения напряжения в канале и уменьшение его сечения и, следовательно, уменьшение проводимости канала. При некотором напряжении Uси происходит сужение канала, при котором границы обоих р-n-переходов смыкаются и сопротивление канала становится высоким. Такое напряжение Uси называют напряжением перекрытия или напряжением насыщения Uси.нас. При подаче на затвор обратного напряжения Uзи происходит дополнительное сужение канала, и его перекрытие наступает при меньшем значении напряжения Uси.нас. В рабочем режиме используются пологие (линейные) участки выходных характеристик.

- 23 -

Стоко-затворная характеристика полевого транзистора показывает зависимость тока Iс от напряжения Uзи при фиксированном напряжении Uси: Ic = f(Uси) при Uси = const (рис. 3б).

Основные параметры полевых транзисторов с управляющим р-n- переходом

максимальный ток стока Iс max (при Uзи = 0);

максимальное напряжение сток-исток Uси max;

напряжение отсечки Uзи отс;

внутреннее (выходное) сопротивление ri − представляет собой сопротивление транзистора между стоком и истоком (сопротивление канала) для переменного тока:

ri Uси

Ic при Uзи=const;

крутизна стоко-затворной характеристики:

S IC

UЗИ при Uси=const,

-отображает влияние напряжение затвора на выходной ток транзистора;

определяется сопротивлением р-n-переходов, смещенных в обратном направлении. Входное сопротивление полевых транзисторов с р-n-переходом довольно велико (достигает единиц и десятков мегаом), (107-109Ом) что выгодно отличает их от биполярных транзисторов.

Полевые транзисторы с изолированным затвором

Полевой транзистор с изолированным затвором (МДП-транзистор) – это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика. Условные обозначения МДП-транзисторов приведены на рис. 4.

- 24 -

индуцированный и встроенный канал имеют электропроводность p-типа. Если же аналогичные транзисторы созданы на подложке с электропроводностью p-типа, то канал у них будет иметь электропроводность n-типа.

р+

Si n-типа

Рис. 5. Устройство полевого транзистора с изолированным затвором

Вольт-амперные характеристики МДП-транзисторов

Стоковые (выходные) характеристики полевого транзистора с индуцированным каналом n-типа Ic =f(Uси) показаны на рис. 6а.

Стоко-затворная характеристика транзистора со встроенным каналом n- типа Ic=f(Uзи) приведена на рис. 6б.

Отличие стоковых характеристик заключается в том, что управление током транзистора осуществляется напряжением одной полярности, совпадающей с полярностью напряжения Uси. Ток Ic = 0 при Uси=0, в то время как в транзисторе со встроенным каналом для этого необходимо изменить полярность напряжения на затворе относительно истока.

- 26 -

3.3. прокручивая ручку потенциометра Е3, добиться таких значений напряжения и тока, которые будут удовлетворять условию:

Р=I3·E3<20 мВт

где P - мощность, рассеиваемая на транзисторе;

3.4. изменяя значение напряжения по убыванию с шагом 0,5 В, снять зависимость тока стока I3 от напряжения сток-исток Е3 (при этом необходимо постоянно контролировать уровень напряжения на затворе Е1 переключением кнопок у дисплея мультиметра ◄ ►);

4. По полученным значениям построить семейство выходных характеристик полевого транзистора (по оси ординат (Y) – ток I3; по оси абсцисс – напряжение Е3 (X));

5.Уменьшить в два раза напряжение на втором затворе E2;

6.Повторить исследования пункта 5 настоящего руководства;

7.По полученным данным построить стоко-затворные характеристики при различных напряжениях на втором затворе Е2.

Требования к отчету

Отчет о лабораторной работе должен содержать:краткие теоретические сведения;описание экспериментальной установки;

таблицы с результатами экспериментов;графики;выводы по работе.

- 28 -

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ВОЛЬТ-АМПЕРНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК ТИРИСТОРА

Цель работы:

1.Изучение статических вольт-амперных характеристик полупроводникового тиристора;

2.Приобретение навыков экспериментального измерения статических вольт-амперных характеристик маломощных полупроводниковых приборов.

Краткие теоретические сведения

Тиристор — полупроводниковый прибор, выполненный на основе монокристалла полупроводника с тремя и более р-n переходами. Тиристоры , в основном, предназначены для работы в качестве электронных ключей. Тиристоры обладают двумя устойчивыми состояниями — состоянием низкой проводимости (тиристор заперт) и состоянием высокой проводимости (тиристор открыт). В зависимости от конструктивного выполнения тиристоры подразделяются на диодные (два электрода) или динисторы и триодные (три электрода) или тринисторы. Также возможны двунаправленные конструкции – симисторы. На рис1 показаны условные обозначения тиристоров.

Перевод тиристора из закрытого состояния в открытое в электрической цепи осуществляется внешним воздействием на прибор: либо воздействие напряжением (током), либо светом (фототиристор). Тиристор имеет нелинейную разрывную вольтамперную характеристику.

Условное обозначение тиристоров приведено на рис. 1

- 29 -

1 – диодный, 2- диодный симметричный, 3-триодный с управлением по катоду, 4- триодный с управлением по аноду, 5-триодный симметричный.

Рис. 1. Условные обозначения тиристоров

Структура динистора и его вольт-амперная характеристика представлены на рисунке 2.

Рис. 2. а) – структура динистора; б) – вольт-амперная характеристика динистора

Как видно, структура представляет собой четырёхполюсный p-n-p-n- прибор, содержащий три последовательно соединённых p-n-перехода. ВАХ тиристора имеет несколько участков:

Между точками 0 и 1 находится участок, соответствующий высокому сопротивлению прибора – прямое запирание.

В точке 1 происходит включение тиристора.

Между точками 1 и 2 находится участок с отрицательным

дифференциальным сопротивлением. Данный участок является

- 30 -