2020-01-14
1061
В работе исследуется транзистор КП303 с каналом n-типа. На боковую поверхность канала нанесены слои полупроводника электронной электропроводности – затвор 2. Между затвором 3 и каналом образуется р-n-переход, обедненный слой которого сосредоточен главным образом в объеме канала, выполняемого из материала с низким содержанием примеси. От канала сделаны выводы 3 и 4 – сток и исток. Исток И обычно заземляют, а на сток С подают напряжение, при котором основные носители заряда устремляются к нему (рисунок 51).
В транзисторе с каналом n-типа на сток подается положительное напряжение, а на затвор – напряжение, при котором переход затвор-канал закрыт, и тока не проводит.
Выходной ток полевого транзистора – ток стока IС зависит от напряжения на стоке UСИ и с его ростом увеличивается. Кроме того, ток стока IС зависит от напряжения на затворе UЗ-И, которое управляет глубиной проникновения обедненного слоя 5 в объем канала, а, следовательно, его поперечным сечением.
При напряжении UСИ = 0 напряжение UЗИ вызывает уменьшение поперечного сечения канала (рис. 51 а) и увеличение его сопротивления. Появление напряжения UСИ изменяет конфигурацию обедненного слоя, причем сечение канала с приближением к стоку уменьшается, поскольку увеличивается разность потенциалов между затвором и каналом. При некотором напряжении UСИ, определенном для каждого значения напряжения UЗИ, обедненный слой смыкаются (точка А на рис.51 б) и наступает насыщение. Напряжение UСИ = UСИ нас. называют напряжением насыщения. При UЗИ=0 напряжение насыщения максимально.
|
|
|
Рисунок 51.
Рисунок 52.
Рисунок 53.
Увеличение напряжения UСИ приводит к смещению точки А в направлении истока (рис 52,в). Ток IC поддерживается за счет впрыскивания основных носителей канала в обедненную область точно так же, как в коллекторном переходе биполярного транзистора. При дальнейшем увеличении напряжения UCИ происходит пробой и выход транзистора из строя.
Стоко-затворная характеристика полевого транзистора (рис.53 а), снимаемая при постоянном напряжении UСИ, позволяет определить напряжение отсечки UЗИ отс, при котором ток стока становится равным нулю, и начальный ток стока IС нач, протекающий через канал при UЗИ=0.
Таким образом, выходной ток полевых транзисторов в отличие от биполярных транзисторов определяется напряжением на затворе UЗИ, при этом ток затвора близок к нулю, поскольку это обратный ток p-n- перехода. Аналитически стоко-затворная характеристика выражается уравнением
IC=f(UЗИ) при UСИ=const. (61)
На рисунке (52 б) показано семейство стоковых характеристик полевого транзистора, представляющих собой ряд зависимостей тока стока IС от напряжения между стоком и истоком UСИ для ряда постоянных напряжений на затворе UЗИ:
|
|
|
IС=f(UСИ) при UЗИ = const. (62)
Основными параметрами полевого транзистора являются крутизна стоко-затворной характеристики S и активная выходная проводимость g22И.
Крутизна S показывает, на сколько миллиампер изменится ток стока IС при изменении напряжения на затворе UЗИ а 1В и постоянном напряжении между стоком и истоком UСИ, т.е.
S = ΔIC/ΔUЗИ при UСИ= const (63)
Этим параметром определяются усилительные свойства прибора. Обычно крутизну измеряют или рассчитывают для режима, соответствующего линейному участку стоко-затворной характеристики. Для этого строят треугольник АВС (рис 52 а), по которому находят приращение тока ΔIC и напряжения ΔUЗИ, и по формуле (63) рассчитывают крутизну S.
При изучении температурной зависимости основных параметров полевого транзистора часть установки, показанную на рисунке 53, а именно полевой транзистор КП303Г, помещали в муфельную печь. Затем, меняя температуру в печи, проводили измерения статических характеристик полевого транзистора.
Оборудование:
1. транзистор КП303Г
2. прибор комбированный цифровой Щ 4300
3. блоки питания БСП-Б
4. амперметр АВО-5М1.
5. муфельная печь
6. соединительные провода.
Таблица.1. Некоторые табличные данные для полевого транзистора КП 303Г.
| Ток стока при Ucи=10В, Uзи=0В | 3 ― 12 мА |
| Напряжение отсечки при Ucи=10В, I=10мкА | 8 В |
| Крутизна характеристики при Ucи=10В, Uзи=0В, f=50÷1500Гц | 3 ― 7 мА/В |
| Ток затвора при Ucи=10В, Uзи=0В | не более 0,1 мА |
| Коэффициент шума при Ucи=10В, Uзи=0В, f=108 Гц | не более 4 дБ |
| ЭДС при Ucи=10В, Uзи=0В, f=103Гц | не более 
|
| Входная ёмкость | не более 6 Пф |
| Проходящая ёмкость | не более 2 Пф |
| Нестабильность крутизны | не более 40% |
| Среднеквадратичный заряд при Ucи=10В, Uзи=0В, С=10 Пф | не более 0,6·107 |
Таблица 2. Стоко-затворные характеристики полевого транзистора КП303Г при t=20єС.
| Напряжение затвор-исток UЗИ, В. | 0 | 0,20 | 0,40 | 0,60 | 0,80 | 1,00 | 1,50 | |
| Ток стока IС, мА, при напряжении затвор – исток UСИ, В | 5 10 12 | 5,50 5,70 5,85 | 4,61 4,81 4,95 | 4,00 4,07 4,16 | 3,50 3,90 3,95 | 2,70 2,75 2,90 | 1,15 1,18 1,21 | 0,02 0,07 0,09 |
Таблица 3. Стоко-затворные характеристики полевого транзистора КП303Г при t=25С.
| Напряжение затвор-исток UЗИ, В. | 0 | 0,20 | 0,40 | 0,60 | 0,80 | 1,00 | 1,50 | |
| Ток стока IС, мА, при напряжении затвор – исток UСИ, В. | 5 10 12 | 5,30 545 5,50 | 4,55 4,70 4,75 | 3,60 3,85 3,90 | 3,55 3,70 3,80 | 2,50 2,15 2,25 | 1,10 1,19 1,23 | 0,01 0,06 0,04 |
Таблица 4. Стоко-затворные характеристики полевого транзистора КП303Г при t=27С.
| Напряжение затвор-исток UЗИ, В. | 0 | 0,20 | 0,40 | 0,60 | 0,80 | 1,00 | 1,50 | |
| Ток стока IС, мА, при напряжении затвор – исток UСИ, В. | 5 10 12 | 5,10 5,50 5,56 | 4,50 4,70 4,85 | 3,85 3,90 4,00 | 3,70 3,60 3,30 | 2,30 1,50 2,50 | 1,09 1,20 1,26 | 0,01 0,05 0,08 |
Таблица 5. Стоко-затворные характеристики полевого транзистора КП303Гпри t=33єС.
| Напряжение затвор-исток UЗИ, В. | 0 | 0,20 | 0,40 | 0,60 | 0,80 | 1,20 | 1,75 | |
| Ток стока IС, мА, при напряжении затвор – исток UСИ, В. | 5 10 12 | 4,80 5,00 5,25 | 4,00 4,15 4,30 | 3,20 3,45 3,70 | 3,00 3,15 3,50 | 2,30 2,50 2,60 | 0,57 1,15 1,40 | 0,02 0,08 0,18 |
Таблица 6. Стоко-затворные характеристики полевого транзистора КП303Г при t=40єС.
| Напряжение затвор-исток UЗИ, В. | 0 | 0,20 | 0,40 | 0,60 | 0,80 | 1,00 | 1,50 | |
| Ток стока IС, мА, при напряжении затвор – исток UСИ, В. | 5 10 12 | 4,15 4,60 4,71 | 3,70 3,90 4,25 | 2,90 3,15 3,30 | 2,50 2,30 2,25 | 1,85 1,90 2,30 | 1,10 1,35 1,55 | 0,10 0,15 0,25 |
Таблица 7.Стоко-затворные характеристики полевого транзистора КП303Г при t=59єС.
| Напряжение затвор-исток UЗИ, В. | 0 | 0,20 | 0,40 | 0,60 | 0,80 | 1,00 | 1,50 | |
| Ток стока IС, мА, при напряжении затвор – исток UСИ, В. | 5 10 12 | 4,00 4,25 4,45 | 3,15 4,00 4,30 | 2,75 3,00 3,15 | 2,10 2,50 2,80 | 1,90 2,15 2,40 | 0,80 1,00 1,25 | 00,05 0,15 0,35 |
|
|
|
Рисунок 54. График зависимости тока стока IC от напряжения затвор-исток UЗИ при постоянном напряжении сток -исток UСИ=5В.
Рисунок 55. График зависимости тока стока IC от напряжения затвор-исток UЗИ при постоянном напряжении сток -исток UСИ=10В.
Рисунок 56. График зависимости тока стока IC от напряжения затвор-исток UЗИ при постоянном напряжении сток -исток UСИ=12В.
Усилительные свойства прибора рассчитаем по формуле (63)
1.при t=20єС а) при UСИ=5В.
εS 
, εS= 
(εS 
,
б) при UСИ=10В.
в) при UСИ=12В.
2. при t=59єС.
а) при UСИ=5В.
б) при UСИ=10В.
в) при UСИ=12В
3. при t=40єС.
а) при UСИ=5В.
б) при UСИ=10В
в) при UСИ=12В.
4. при t=33єС.
а) при UСИ=5В.
б) при UСИ=10В
в) при UСИ=12В.
5. при t=27єС.
а) при UСИ=5В.
б) при UСИ=10В.
в) при UСИ=12В.
6.при t=25єС.
а) при UСИ=5В.
б) при UСИ=10В.
в) при UСИ=12В.
Таблица 8.Усилительные свойства транзистора КП303Г.
| №,t,С. | Напряжение затвор-исток UЗИ, В | S,мА/В. | S±∆S, мА/В. |
| 1.При t=20ºС | 5 | 5,7 | 5,6±1,1 |
| 10 | 6,5 | 6,5±1,3 | |
| 12 | 6,4 | 6,4±1,3 | |
| 2.При t=65ºС. | 5 | 2,8 | 2,8±0,6 |
| 10 | 3,0 | 3,0±0,6 | |
| 12 | 2,7 | 2,7±0,5 | |
| 3. t=41ºС.
| 5 | 2,9 | 2,9±0,6 |
| 10 | 3,2 | 3,2±0,6 | |
| 12 | 3,3 | 3,3±0,7 | |
| 4. t=35ºС | 5 | 3,0 | 3,0±0,7 |
| 10 | 3,5 | 3,5±0,7 | |
| 12 | 3,7 | 3,7±0,7 | |
| 5. t=27ºС
| 5 | 3,3 | 3,3±0,7 |
| 10 | 3,2 | 3,2±0,6 | |
| 12 | 3,8 | 3,8±0,8 | |
| 6. t=22ºС | 5 | 5,5 | 5,5±1,1 |
| 10 | 4,7 | 4,7±0,9 | |
| 12 | 5,4 | 5,4±1,1 |
Вывод: Были определены усилительные свойства транзистора КП303Г (таблица 7). Усилительные свойства транзистора КП303Г при t=20єС следующие:
, при εS=20% при UСИ=5В.
, при εS=20% при UСИ=10В.
, при εS=20% при UСИ=12В.
Полученные значения крутизны соответствуют теоретически ожидаемому.По теории при напряжении на сток-истоке равном 10В и частоте 50-1500Гц s=3-7мA\В.
Была изучена температурная зависимость полевого транзистора КП303г.Мною было замечено изменение статических характеристик передачи: с увеличением температуры наблюдается уменьшение тока стока и увеличение порогового напряжения UЗИПОР и уменьшение усилительных свойств прибора. Эти изменения вызваны в основном двумя физическими процессами:
|
|
|
1) С увеличением температуры в рабочем диапазоне температур уменьшается подвижность носителей заряда, что приводит к уменьшению тока стока;
2) Происходит перераспределение носителей по энергиям и смещение уровня Ферми к середине запрещенной зоны.
Всвязи с таким смещением уровня Ферми инверсионный слой образуется у поверхности полупроводника при меньших напряженностях электрического поля.
