Исследование полевого транзистора

ЦЕЛИ РАБОТЫ

1. Измерить и построить стоковые характеристики полевого транзистора;

2. По данным стоковых характеристик построить стоко-затворную характеристику при определенном значении U_ЗИ;

3. Определить крутизну транзистора S в заданном положении рабочей точки, соответствующей линейному участку;

4. Сделать выводы.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Полевые транзисторы с p-n переходом бывают двух типов: с n- и p- каналом. Рассмотрим полевой транзистор с n- каналом (см. рис. 5.1).

На двух сторонах полупроводниковой пластины n- типа созданы две сильнолегированных области. Эти две p- области соединены вместе и образуют вывод, называемый затвором. Два других вывода (сток и исток) образованы на двух концах полупроводниковой пластины.

Между двумя p- областями затвора находится n- область, называемая каналом. Естественные процессы дрейфа и диффузии зарядов на p-n переходе образуют области обеднения на границе p- затвора и n- подложки. Для нормальной работы n- канального полевого транзистора с p-n переходом внешний источник напряжения прикладывается так, чтобы сток был положительным по отношению к истоку.

Рис. 5.1 Структура n- канального полевого транзистора

 

Это внешнее напряжение вызывает ток, называемый током стока I_С, который протекает между стоком и истоком. Ток стока в n- канальном транзисторе состоит только из электронов, исходящих из истока. Другой источник напряжения, подключенный между затвором и истоком, отрицательным полюсом к затвору, смещает p-n переходы на каждой стороне канала.

Ширина областей обеднения зависит от величины обратно смещающего напряжения затвор-исток U_ЗИ. Если напряжение U_ЗИ станет отрицательнее, то области обеднения расширяются и проникают внутрь области канала, потому что область канала легирована намного слабее, чем p+ затворы. В результате этого канал становится уже и сопротивление его возрастает.

Если затвор транзистора накоротко соединен с истоком, то есть U_ЗИ = 0 В, при увеличении напряжения сток-исток, ток стока будет линейно возрастать, как это и бывает с полупроводником при малых приложенных напряжениях.

Согласно закону Ома

где R_СИ – сопротивление канала.

Это сопротивление можно выразить через параметры канала следующим образом

Важно, что распространение области обеднения в канале увеличивается при увеличении напряжения сток-исток. При этом ширина обедненной области больше (а канал уже) возле стока, чем возле заземленного истока.

Если далее увеличивать напряжение сток-исток, то две области обеднения коснутся друг друга возле стока. Это состояние называется отсечкой. Напряжение сток-исток U_СИ, при котором происходит отсечка, называют напряжением отсечки, коорое является важным параметром полевого транзистора с p-n переходом. У транзисторов с n- каналом это напряжение положительно, а у транзисторов с p- каналом – положительно. При дальнейшем увеличении напряжения сток-исток, ток стока может резко увеличиться из-за лавинного пробоя.

Для определения стоковых характеристик полевых транзисторов с p-n переходом следует увеличивать значения напряжений затвор-исток, и (фиксируя его) измерять изменение тока стока в зависимости от напряжения сток-исток. Таким образом, стоковые характеристики представляют собой следующие функциональные зависимости: I_С(U_СИ), при U_ЗИ = const.

По данным стоковых характеристик могут быть построены стоко-затворные характеристики, которые представляют собой зависимости тока стока от напряжения затвор-исток, снятые при фиксированных значениях напряжения сток-исток: I_С(U_ЗИ), при U_СИ = const.

Крутизной полевого транзистора называется величина

снятая при некотором постоянном значении напряжения U_СИ0. Как правило в качестве напряжения U_СИ0 выбирают напряжение покоя на выходе транзистора. Для транзисторов малой мощности величина S измеряется в мА/В.

Рис. 5.1 Схема для снятия семейства стоковых характеристик

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Для построения стоковых характеристик транзистора следует собрать схему, представленную на рис. 5.1. Результаты измерений следует занести в табл. 5.1;

2. По данным табл. 5.1 построить стоко-затворную характеристику при U_ЗИ = 6 В;

3. Вычислить значение крутизны транзистора S на линейном участке ее характеристики.

 

Табл. 5.1 Данные для построения семейства стоковых характеристик
UЗИ = 0 В
UЗИ = 0,1 В
UЗИ = 0,2 В
UЗИ = 0,3 В
UЗИ = 0,4 В
UЗИ = 0,5 В
UКЭ, B	0,2	0,5	1	2	5	7	9	12

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Стоковые характеристики транзистора.

2. Стокозатворная характеристика, снятая при U_ЗИ = 6 В.

3. Выводы по работе.

ВЫВОДЫ

1. В отличие от биполярного транзистора полевой транзистор не требует для управления входного тока, что обуславливает высокую величину его входного сопротивления.

2. Стоко-затворная характеристика при небольших значениях напряжений U_ЗИ имеет линейный участок, что позволяет использовать его для усиления сигнала.

3. Крутизна транзистора отвечает за его коэффициент усиления по напряжению; чем больше величина S, тем лучшими усилительными свойствами он обладает.