Теоретическая часть
Полевой транзистор с каналом p-типа.
Рисунок 1 - а – устройство транзистора; б – условное обозначение.
Управление током стока осуществляется путем подачи на затвор, т.е. на управляющий p-n-переход, обратного напряжения . При увеличении запирающего напряжения увеличивается ширина области объемного заряда. Соответственно уменьшается ширина канала, увеличивается его сопротивление , а следовательно, уменьшается ток стока при заданном напряжении между стоком и истоком . В качестве иллюстрации управляющая характеристика () приведена на рисунке 2.
Напряжение на затворе, при котором области объемного заряда управляющего p-n-перехода и p-n-перехода подложка-канал смыкаются, и ток стока становится равным нуля, называется пороговым напряжением .
Управляющую характеристику полевого транзистора в режиме насыщения удобно аппроксимировать зависимостью
, (1)
где - начальный ток стока, соответствующий = 0.
По управляющей характеристике (рис. 2) может быть рассчитана крутизна транзистора
|
|
Рисунок 2.
При использовании аппроксимации (1) выражение для крутизны имеет вид
(2)
Семейство выходных характеристик полевого транзистора показано на рисунке 3.
Рисунок 3.
Начальный участок характеристик ( < ) транзистор переходит в режим насыщения, в котором ток стока слабо зависит от напряжения на стоке . Напряжение насыщения , являющееся границей двух режимов, зависит от напряжения на затворе и рассчитывается по формуле: = - . По выходным характеристикам (рис. 3) может быть рассчитано выходное сопротивление
Оно велико в режиме насыщения, поэтому при использовании транзистора для целей усиления точка покоя схемы выбирается в этом режиме. Выходное сопротивление транзистора в линейном режиме зависит от напряжения на затворе и приближенно может быть рассчитано как отношение напряжения к току в выбранной рабочей точке, или по формуле 3.
, где .
Ход работы
1. Перед выполнением лабораторной работы ознакомились со схемой исследования (рис. 4), используемыми измерительными приборами и паспортными данными полевого транзистора (КП303 n-канальный), исследуемого в работе.
Тип транзи- стора | Структура | () | , В | , мВт | , пФ | , пФ | , пФ | , Ом | , В |
КП303 | n-канальный | 20 (5-20) | 25 | 200 | 5 | 2 | - | 60 |
Рисунок 4 - Электрическая схема (в скобках приведены полярности питающих напряжений для n-канального транзистора).
Рисунок 5 - Цоколевка транзистора.
2. Сняли две управляющие характеристики транзистора при напряжениях на стоке =1/3 и 2/3 ( - допустимое напряжение на стоке).
|
|
В ходе эксперимента напряжение следует изменять от 0 до порогового напряжения . Результаты измерений занесены в таблицу 1.
= 2,22 В
Таблица 1 - Управляющие характеристики транзистора.
, В | , мА | |
=1/3 = 8,3 В | 2/3 = 16,6 В | |
0 | 6,95 | 6,82 |
0,1 | 6,51 | 6,4 |
0,25 | 5,87 | 5,76 |
0,5 | 4,7 | 4,75 |
0,8 | 3,47 | 3,5 |
1 | 2,7 | 2,86 |
1,2 | 2 | 2,1 |
1,4 | 1,38 | 1,5 |
1,6 | 0,84 | 0,92 |
2 | 0,1 | 0,15 |
2,1 | 0,03 | 0,04 |
2,22 | 0 | 0 |
3. Сняли выходные характеристики при трех значениях напряжения на затворе =0; 0,25 ; 0,5 .
Таблица 2 - Выходные характеристики транзистора.
, В | , мА | ||
= 0 | = 0,25 =0,55 В | = 0,5 =1,11В | |
0 | 0 | 0 | 0 |
0,05 | 0,24 | 0,18 | 0,12 |
0,1 | 0,5 | 0,35 | 0,26 |
0,25 | 1,3 | 1 | 0,63 |
0,3 | 1,5 | 1,13 | 0,72 |
0,5 | 2,4 | 1,81 | 1,13 |
0,75 | 3,4 | 2,5 | 1,45 |
1 | 4,2 | 3 | 1,66 |
2 | 6,14 | 4 | 2 |
5 | 6,68 | 4,32 | 2,2 |
10 | 6,75 | 4,44 | 2,35 |
15 | 6,88 | 4,48 | 2,44 |
20 | 6,94 | 4,5 | 2,49 |
25 | 6,95 | 4,52 | 2,52 |
Обработка результатов эксперимента
1. Зависимость от определяем по формуле
= 6,95 мА при = 0
,В | 0 | 0,1 | 0,25 | 0,5 | 0,8 | 1 | 1,2 | 1,4 | 1,6 | 2 | 2,1 | 2,22 | |
, мА | 6,95 | 6,34 | 5,47 | 4,17 | 2,84 | 2,1 | 1,47 | 0,95 | 0,57 | 0,07 | 0,02 | 0 | |
2. Определим крутизну транзистора
в следующей рабочей точке:
=1/3 = 8,3 В, = 0,5 =1,11 В
по формуле :
3. = - =
4. Выходное сопротивление транзистора в следующих рабочих точках:
1) в режиме насыщения при =1/3 = 8,3 В, = 0,25 =0,55 В
кОм
при =1/3 = 8,3 В, = 0
кОм
при =1/3 = 8,3 В, = 0,5 =1,11 В
кОм
2) в линейном режиме при =0 и трех значениях = 0,
= 0,25 =0,55 В, = 0,5 =1,11 В
, В | , кОм | |
=1/3 = 8,3 В | =0 | |
= 0 | 71,4 | 0,1 |
= 0,25 =0,55 В | 41,6 | 0,2 |
= 0,5 =1,11 В | 33,3 | 0,34 |
= 0,1 кОм