Характеристики полевых транзисторов

/

План

• Введение
• 1. Общие положения
• 2. Порядок выполнения
• 2.1 Исследование ПТ с затвором в виде p-n-перехода с каналом 'n'-типа (транзистор КП 303Е)
• 2.2 Исследование ПТ с затвором с каналом 'р'-типа (транзистор КП 301Г)

Введение

Цель работы: Изучение различных полевых транзисторов (ПТ), включенных по схеме с общим истоком; приобретение навыка снятия статических вольтамперных характеристик (ВАХ), вычисление по ним электрических параметров; выяснение влияния управляющего напряжения на выходной ток.

1. Общие положения

Полевым называют транзистор, управляемый электрическим полем, или транзистор с управляемым каналом для тока.

Ток в полевом транзисторе создается носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), вследствие чего эти транзисторы часто называют униполярными.

Поскольку носители заряда в полевом транзисторе являются основными для активной области, его параметры не зависят от времени жизни неосновных носителей (как у биполярных транзисторов), что определяет высокие частотные свойства и меньшую зависимость от температуры.

Каналом считают центральную область транзистора

Электрод, из которого в канал поступают основные носители заряда, называют истоком И, а электрод, через который основные носители уходят из канала, - стоком С. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором З.

Изготавливают полевые транзисторы из кремния. В зависимости от электропроводности исходного материала различают транзисторы с p- и n- каналом.

В отличие от биполярных полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление и поэтому требуют очень малых мощностей для управления. Полевые транзисторы подразделяются на два основных типа: с затвором в виде p-n-перехода и с изолированным затвором.

Полевой транзистор представляет собой кремниевую пластину, например n-типа, на верхней и нижней гранях которой создаются области с проводимостью противоположного типа, например p-типа. Эти области электрически связаны, образуя единый электрод-затвор. Область с n-проводимостью, расположенная между p-областями; образует токовый канал. На торцевые поверхности пластины наносят контакты, образующие два других электрода И и С, к которым подключается источник питания U_с и при необходимости сопротивление нагрузки. Между каналом и затвором создаются два p-n-перехода. Ток протекает от истока к стоку по каналу, сечение которого зависит от затвора.

При увеличении отрицательного потенциала на затворе p-n-переходы запираются и расширяются практически за счет канала, сечение канала, а, следовательно, и его проводимость, уменьшаются, ток через канал падает. При некотором U_з = U_зо, называемом напряжением отсечки, области p-n-переходов смыкаются по всей длине канала, сток и исток оказываются изолированными друг от друга, ток I_с равен нулю.

Если при U_з = const увеличивать U_с, то ток через канал (I_с) возрастет. При этом увеличивается падение напряжения на канале, которое способствует увеличению обратного напряжения на p-n-переходах, вызывая тем самым сужение канала. При некотором U_с = U_нас, называемом напряжением насыщения, канал настолько сужается, что дальнейшее увеличение U_с не увеличивает I_с.

Полевые транзисторы с изолированным затвором или МДП-транзисторы находят более широкое применение, так как имеют более простую конструкцию и обладают лучшими электрическими свойствами.

У МДП-транзисторов (металл - диэлектрик - полупроводник) между полупроводниковым каналом и металлическим затвором расположен изолирующий слой диэлектрика.

Принцип работы МДП-транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника под воздействием поперечного электрического поля. МДП-транзисторы управляются напряжением и имеют чрезвычайно большое входное сопротивление и в отличие от полевых транзисторов с затвором в виде p-n-перехода сохраняют его большим независимо от величины и полярности входного напряжения. Применяются две конструкции МДП-транзисторов: МДП-транзиторы со встроенным каналом и МДП-транзисторы с индуцированным каналом.

У МДП-транзисторов со встроенным каналом (рис. П 3) в полупроводниковой пластине (подложке), например n-типа, в процессе изготовления в приповерхностном слое создаются области, например p-типа, образующие электроды стока и истока. Перемычка между С и И с проводимостью p-типа является каналом для протекания тока стока I_с даже при отсутствии управляющего напряжения U_з = 0 на затворе.

При подаче положительного напряжения на затвор электрическое поле выталкивает основные носители (дырки) из канала, его сопротивление растет, а I_с падает. Такой режим носит название 'режима обеднения'. При отрицательном напряжении на затворе электрическое поле притягивает дырки из подложки, они скапливаются в области канала, сопротивление канала уменьшается, I_с растет ('режим обогащения').

У МДП-транзисторов с индуцированным каналом (рис. П 4) последний заранее не создается, и в транзисторах, использующих пластину с проводимостью, например, n-типа, при U_з > 0 и U_з = 0 ток I_с = 0. Образование канала в таких приборах происходит при подаче на затвор только отрицательного напряжения (U_з < 0). Тогда в результате вытеснения из поверхностного слоя электронов и подтягивания дырок из n-пластины происходит образование между стоком и истоком инверсного слоя полупроводника с проводимостью, аналогичной проводимости С и И, в данном случае p-типа, и, чем более отрицательным будет напряжение на затворе, тем больший I_с будет в канале. Основные характеристики полевых транзисторов: крутизна характеристики передачи

S = dI_с / dU_з при U_с = const;

дифференциальное сопротивление стока (канала) на участке насыщения

R_вых = dU_с / dI_с при U_з = const.

2. Порядок выполнения

2.1 Исследование ПТ с затвором в виде p-n-перехода с каналом 'n'-типа (транзистор КП 303Е)

· Собрать схему рис. 1.

Рис. 1. Схема включения ПТ с затвором в виде p-n-перехода и каналом 'n'-типа по схеме с ОИ

Для амперметра A₂ установить предел 20мА, для вольтметров V₁, V₂ - 20 В. После проверки схемы преподавателем перевести ручки регуляторов напряжения источников E₁, E₂ в крайнее левое положение, включить источники.

· Снять проходные характеристики транзистора при U_си = const при четырех значениях U_зи = 6 4,2 3 1,2 0,6 В, соответственно.

Для этого установить и поддерживать в течение опыта неизменным значение напряжения между стоком и истоком U_си с помощью регулятора напряжения источника E₂. Далее, изменяя напряжение между затвором и истоком U_зи с помощью регулятора напряжения источника E₁, записать соответствующие значения тока стока I_c.

Результаты свести в таблицу 1.

Таблица 1

2.2 Исследование ПТ с затвором с каналом 'р'-типа (транзистор КП 301Г)

транзистор полевой вольтамперный напряжение

· Собрать схему рис. 2.

Для амперметра A₂ установить предел 20мА, для вольтметров V₁, V₂ - 20 В. После проверки схемы преподавателем перевести ручки регуляторов напряжения источников E₁, E₂ в крайнее левое положение, включить источники.

· Снять проходные характеристики транзистора при U_си = const при четырех значениях U_зи = 0; 2,5; 5; 7,5; 10 В соответственно.

Для этого установить и поддерживать в течение опыта неизменным значение напряжения между стоком и истоком U_си с помощью регулятора напряжения источника E₂. Далее, изменяя напряжение между затвором и истоком U_зи с помощью регулятора напряжения источника E₁, записать соответствующие значения тока стока I_c.

Результаты свести в таблицу 2.

Таблица 2