Порядок выполнения работы. 1. Собрать схему согласно рис.59.

1. Собрать схему согласно рис.59.

Рис.59. Схема включения транзистора

В качестве микроамперметра А₀ использовать мультиметр MY60, минусовой провод подключить к клемме «com», а плюсовой – к «А», предел измерений установить «200 mА». В качестве источника U₁ использовать нерегулируемый, а в качестве U₃ – регулируемый источники напряжения, соответственно. После проверки схемы преподавателем, включить источники питания U₁ и U₃.

2. Снять семейство входных (см. рис.57,а) и выходных (рис.57,б) характеристик транзистора. При уровнях напряжения U_кэ (вольтметр V₀) сначала 0, затем 3В и 6 В с помощью ручки переменного резистора R₁ устанавливать ток базы транзистора I_б (мультиметр), согласно таблицы 20. Соответствующие значения напряжения U_бэ (вольтметр V₁) и тока I_к (амперметр A₁) записать в табл.20.

Таблица 20

3. По данным табл.20 построить графики семейства входных I_б(U_бэ) и выходных I_к (I_б) характеристик транзистора, соответствующих каждому из значений U_кэ. Для каждой их входных характеристик определить входное статическое и динамическое сопротивления транзистора. Для каждой из проходных характеристик определить коэффициент усиления по току.

4. Снять семейство выходных (см. рис.57,б) характеристик транзистора. Для этого установить, и поддерживая с помощью регулятора переменного резистора R₁ ток базы транзистора I_б (мультиметр) неизменным и равным сначала 0, затем 20, 40 и 60 мкА. При каждом значении тока базы I_б, задавать с помощью регулятора напряжения источника U₃ напряжение U_кэ транзистора (вольтметрV₀) и фиксировать соответствующие значения тока коллектора I_к (амперметр A₁). Результаты занести в табл.21.

5. По данным табл.21 построить графики семейства выходных I_к (U_кэ) характеристик транзистора при различных токах базы. По каждой из характеристик определить статическое и динамическое сопротивление транзистора.

Таблица 21

Контрольные вопросы

1. В каком направлении (прямом или обратном) включаются КЭДП и ЭЭДП биполярного транзистора?

2. Какая из схем включения (с ОЭ, ОК или ОБ) обладает наибольшим входным сопротивлением?

3. Какая из схем включения биполярного транзистора усиливает и ток, и напряжение и мощность?

4. Дать определение коэффициента усиления биполярного транзистора.

5. Как определить статическое и динамическое сопротивление биполярного транзистора по его входным и выходным характеристикам?

Работа № 11. Исследование полевых транзисторов

Цель работы - изучение полевых транзисторов (ПТ), включённых по схеме с общим истоком; определение влияния управляющего напряжения на выходной ток.

Программа работы

1. Снятие статических характеристик ПТ.

2. Снятие семейства выходных характеристик ПТ с затвором в виде р-n перехода.

3. Снятие проходной характеристики ПТ, включённого по схеме с общим истоком.

Общие положения

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

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

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 их 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- ис 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 с затвором в виде p-n -перехода представляет собой кремниевую пластину, например n - типа, на верхней и нижней гранях которой созданы области с проводимостью противоположного типа, например p - типа (рис.60,а). 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 возникают два p-n - перехода. Ток протекает от истока к стоку по каналу, сечение которого зависит от затвора.

Рис.60. Полевой транзистор: а) структура; б) схема включения с затвором

в виде р-n перехода; в) обозначения ПТ с затвором в виде р-n перехода

При увеличении отрицательного потенциала на затворе, p-n - переходы запираются и расширяются практически за счет канала; сечение канала, и, следовательно, 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 неизменном U_з увеличивать U_с, то ток через канал (I_с) возрастёт. 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.

УМДП-транзисторов со встроенным каналом (рис.61) в полупроводниковой пластине (подложке), например n-типа, в процессе изготовления в приповерхностном слое создают 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.

Рис.61. МДП-транзистор со встроенным каналом: а) изображение структуры;

б) характеристика; в) схемы обозначения

При подаче положительного напряжения на затвор, электрическое поле выталкивает основные носители (дырки) из канала, его сопротивление растёт, а I_с падает.

Такой режим носит название «режим обеднения». При отрицательном напряжении на затворе электрическое поле притягивает дырки из подложки, они скапливаются в области канала, сопротивление канала уменьшается, I_с растёт («режим обогащения»).

УМДП-транзисторов с индуцированным каналом (рис.62) последний заранее не создаётся, 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_сбудет в канале.

Рис.62. МДП-транзистора с индуцированным каналом:

а) изображение структуры; б) характеристика; в) схемы обозначения

Основные характеристики полевых транзисторов: