4.2. Выводы. Исследование полевых транзисторов.

1. Ознакомление с принципом работы полевого транзистора

2.Приборы, макеты, программы. Компьютер ACER;

-Программа Multisim 10.

3.Теоретические сведения.

Полевые транзисторы – это полупроводниковые приборы, предназначенные для преобразования и усиления электрических сигналов с помощью полевых транзисторов обусловлены потоком основных носителей, которые имеют место протекать через проводящий канал и с помощью электрического поля управляются. В образовании выходного тока в полевых транзисторах участвуют только электроны или дырки, а поэтому эти полупроводниковые приборы еще называются униполярными транзисторами.Полевые транзисторы делятся на две группы: с управляющим p-n переходом и изолированным затвором, или МДП-транзисторы (металл-диэлектрик-полупроводник). Также к полевым транзисторам с изолированным затвором относятся МОП-транзисторы (металл-диоксид кремния-полупроводник).В этих группах полевых транзисторов электроды обозначают истоком И (эмиттер-биполярного транзистора), затвором З (база биполярного транзистора) и стоком С (коллектор биполярного транзистора). На рис. 1 изображена упрощенная структура полевого транзистора с управляющим p-n переходом.

Рис. 1. Структурная схема полевого транзистора с управляющим p-n переходом.

Условное графическое изображение полевых транзисторов с управляющим p-n переходом с каналом n-типа и p-типа приведены на рис. 2 а, б

Рис. 2. Условное графическое обозначение полевого транзистора с управляющим p-n переходом с каналом n-типа (а), p-типа (б).

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом выполнен в виде пластины из полупроводника n-или p-типа рис.1(в данном случае рассматривается полупроводник n-типа). На гранях этой пластины созданы области p-типа электропроводности (3) и в результате образуются p-n переходы, а контакты областей «3» соеденены между собой. Объем пластины, расположенный между p-n переходом является каналом полевого транзистора. Если приложить к затвору отрицательное напряжение, то происходит обеднение электронами (основные носители) участков канала, примыкающих к затвору, ширина p-n перехода возрастает и увеличивается его сопротивление. Таким образом происходит управление сопротивлением канала. В том случае, если канал полевого транзистора p-типа, то при подаче положительного напряжения между затвором и истоком p-n переход расширяется и уменьшается толщина канала и, следовательно, увеличивает его сопротивление.

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом (канал n-типа) оказывается запертым (Iс=0) при обратном напряжении, которое называется напряжением отсечки Uзиотс. В этом случае p-n переходы сливаются и ток через канал не проходит. Напряжение насыщения:

Uси(нас) = /Uзи(отс)/-/Uзи/…………………………………………………….(1).

Режим, когда Uси>=Uсиз называется режимом насыщения и рост тока Iс прекращается при увеличении Uси.

Полевые транзисторы имеют три схемы включения с общим истоком (ОИ) (а), общим стоком (ОС) (б) и с общим затвором (ОЗ) с каналом n-типа. Наиболее часто используемой схемой включения применяется схема с ОИ (рис.3).

Рис. 3. Схема включения полевого транзистора с общим истоком.

Так же как у биполярных транзисторов - полевые транзисторы имеют статические характеристики. Основной статической характеристикой полевого транзистора с управляющим p-n переходом - выходная (стоковая), которая показывает зависимость Iс от Uси при Uзи=const. Вольтамперная стоковая характеристика полевого транзистора с управляющим p-n переходом показана на рис.4.

Рис. 4. Стоковая вольтамперная характеристика полевого транзистора с управляющим p-n переходом.

Из рис. 4 следует, что с повышением Uси электрический ток Iс увеличивается линейно, но при Uси=Uси(нас) ток стока не увеличивается. Для полевых транзисторов с управляющим p-n переходом зависимость Iс от отрицательного значения Uзи при Uси=const называют характеристиками прямой передачи или стокозатворной. Вольтамперная характеристика прямой передачи показана на рис. 5.

Рис. 5. Вольтамперная характеристика прямой передачи (стокозатворной) полевых транзисторов.

Параметрами полевых транзисторов с управляющим p-n переходом являются крутизна стокозатворной характеристики, входное и выходное дифференциальное сопротивление, напряжение отсечки, междуэлектродные электрические емкости, коэффициент усиления.

Крутизна стокозатворной характеристики характеризует управляющее действие затвора и ее измеряют при Uзн= данное и Uси=const.

S=dIс/dUзи……………… ………………….(2)

Входное дифференциальное сопротивление очень большое (10⁸-10¹⁰ Ом) и связано это с тем, что концентрация неосновных носителей в канале небольшая и поэтому обратный ток невелик и практически не зависит от /Uзи/. Выходное дифференциальное сопротивление электрической цепи стока определяют по формуле: при Uзи=const. Напряжение отсечки – это напряжение на затворе при Ic=0 и Uси=0.

Междуэлектродные электрические емкости – это электроемкости между затвором и истоком, между затвором и стоком, между стоком и истоком.

Коэффициент усиления:

К=dUис/dUзи , ……………………………………………………(3)

где Uзи – заданное при Iс=const.

Можно также рассчитать коэффициент усиления по следующей формуле:

К=S ^. Rис_диф ………………………………………………(4)