Исследование полевого транзистора с управляющим p-n переходом

Цель работы: экспериментально снять статические характеристики полевого транзистора и определить параметры схемы замещения транзистора.

Полупроводниковые приборы, работа которых основана на модуляции сопротивления полупроводникового материала поперечным электрическим полем, называются полевыми транзисторами.

У полевых транзисторов в создании электрического тока участвуют носители заряда только одного типа: электроны или дырки.

Полевые (униполярные) транзисторы бывают двух типов:

- с управляющим p-n – переходом;

- со структурной металл-диэлектрик-полупроводник (МДП — транзисторы).

Основным отличием полевого транзистора от биполярного транзистора является то, что он управляется электрическим полем, создаваемым входным напряжением.

Полевой транзистор с управляющим p-n - переходом представляет собой пластину из полупроводникового материала, имеющего электропроводность типа n или p, от концов которого сделаны два вывода - электроды стока и истока. Вдоль пластины выполнен электрический переход p-n, от которого сделан третий вывод - затвор. Внешнее напряжение прикладывают между стоком и истоком так, чтобы проходил электрический ток, а напряжение, приложенное к затвору, смещает электрический переход в обратном направлении.

Область полупроводника, расположенная под переходом называется каналом, и её сопротивление зависит от напряжения на затворе. Размеры перехода увеличиваются с повышением приложенного к нему обратного напряжения, а увеличение области, обеднённой носителями заряда, приводит к повышению электрического сопротивления канала. Электрод, от которого начинают движение основные носители заряда в канале, называют истоком, а электрод, к которому движутся - стоком.

Канал полевого транзистора может быть выполнен из полупроводника с проводимостью типа n или p, соответственно и напряжение, приложенное к затвору, будет отрицательным или положительным.

Основными характеристиками полевого транзистора являются:

- стоковые вольт-амперные характеристики: I_С = f(U_СИ) при U_ЗИ = const;

- стокозатворные: I_С = f(U_ЗИ) при U_СИ = const.

Внешний вид вольт-амперных характеристик полевого транзистора с управляющим p-n - переходом представлен на рисунке 10.1.

Напряжение между затвором и стоком, при котором ток стока достигает заданного низкого значения (I_СÞ0) называют напряжением отсечки полевого транзистора Uзи отс. При малых напряжениях Uси и малом токе Ic транзистор ведёт себя как линейное сопротивление. По мере роста Uси характеристика I_С = f(U_СИ) всё сильнее отклоняется от линейной, что связано с сужением канала у стокового конца. При определённом значении тока наступает режим насыщения, при котором Ic меняется незначительно с увеличением U_СИ. Напряжение, при котором наступает режим насыщения, называется напряжением насыщения.

Рисунок 10.1 – Вольт-амперные характеристики полевого транзистора с управляющим p-n - переходом

Так как управление полевым транзистором осуществляется напряжением на затворе, то для количественной оценки управляющего действия затвора используют крутизну характеристики:

Усилительные свойства ПТ характеризуют коэффициентом усиления:

Также основным параметром полевого транзистора является дифференциальное внутреннее сопротивление:

Вышеуказанные параметры транзистора связаны между собой следующим соотношением:

Эквивалентная схема замещения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом, учитывающая частотные свойства транзистора представлена на рисунке 10.2.