Материал: Типикин Е.Г. Лабораторный практикум по курсу Электроника

Таблица 1

Таблица 2

Лабораторная работа № 2 Характеристики полевого транзистора

Цель работы: экспериментальное получение вольт-амперных характеристик (ВАХ) полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и определение параметров транзистора.

Краткие теоретические сведения. Полевым транзистором (ПТ) называют трехэлектродный полупроводниковый прибор, в котором ток создается носителями заряда одного знака, а управление током осуществляется электрическим полем. ПТ подразделяются на два вида: полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом и полевые транзисторы с изолированным затвором. Структурная схема ПТ с управляющим p-n-переходом представлена на рис.2.1.

Центральную область транзистора называют каналом. В зависимости от проводимости канала выделяют ПТ с каналом n-типа или каналом p-типа. Канал n-типа обладает электронной проводимостью, p-типа - дырочной. Электрод, из которого в канал входят носители заряда, называют истоком (И), а электрод, через который носители уходят из канала, - стоком (С). Между стоком и истоком подключается источник питания U_СИ и сопротивление нагрузки R_н. Напряжение прикладывается такой полярности, чтобы ток основных носителей протекал в канале от истока к стоку.

Рис.2.1. Структурная схема полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и р-каналом

Вдоль канала расположены слои полупроводника с проводимостью противоположного знака. Эти области соединены вместе и образуют единый электрод, называемый затвором (З). Между каналом и затвором образуется p-n-переход. Между затвором и истоком подается напряжение питания U_ЗИ, запирающее p-n-переход.

Работа ТП основана на изменении проводимости канала под действием напряжения, приложенного к затвору. При увеличении U_ЗИ p-n-переход смещается в обратном направлении, ширина слоев, обедненных носителями зарядов, увеличивается; p-n-переход расширяется. Концентрация примесей в полупроводниковых слоях затвора больше чем в канале, поэтому расширение p-n-перехода идет в основном за счет канала. Проводимость канала прямо пропорциональна эффективной площади его поперечного сечения. При расширении p-n-перехода эффективная площадь поперечного сечения уменьшается, снижается проводимость канала.

Таким образом, изменяя управляющее напряжение на затворе, можно изменять величину тока в канале. На рис. 2.2 представлены ВАХ ПТ: стокозатворная (при U_CИ=const) и стоковая (при U_ЗИ = const). При U_ЗИ= U_ЗИОТС канал практически смыкается, эффективная площадь его сечения стремится к нулю, сопротивление – к бесконечности, а I_C - к нулю.

Стоковые характеристики имеют явно выраженный нелинейный характер. В рабочем режиме используется пологий участок стоковой характеристики.

К основным параметрам ПТ относятся: крутизна стокозатворной характеристики (при U_CИ=const), которая характеризует усилительные свойства ПТ и дифференциальное сопротивление канала (при U_ЗИ = const).

а) б)

Рис.2.2. Вольт-амперные характеристики полевого транзистора

а - стокозатворная, б - стоковая

Для расчета крутизны на линейном участке стокозатворной характеристики строят треугольник АВС (рис.2.2а), по которому находят приращения тока и напряжения . Дифференциальное сопротивление канала определяется наклоном стоковой характеристики в области насыщения (рис. 2.2б). Этот параметр находят построением треугольника А’В’С’, по которому определяют приращения тока и напряжения .

Рабочее задание

1.Подготовьте к работе исследуемую цепь. Для этого

а) познакомьтесь со схемой исследуемой цепи (рис.2.3);

Рис.2.3. Схема исследуемой цепи

б) соберите исследуемую цепь в соответствии с рис. 2.3, особое внимание обратите на полярность включения источников напряжения.

2. Снимите стокозатворную характеристику транзистора. Для этого

а) установите напряжение затвор – исток U_ЗИ равным нулю, напряжение сток – исток U_CИ = 5В;

б)измерьте значение тока стока I_C ;

в)изменяя напряжение U_ЗИ от нуля до 1,6 В, измерьте соответствующие значения тока стока I_C ;

г)повторите измерения при напряжении U_CИ = 10В.

Результаты измерений занесите в табл.2.1.

3. Снимите стоковые характеристики транзистора. Для этого

а) установите напряжение затвор – исток U_ЗИ равным нулю, напряжение сток – исток U_CИ = 1В;

б)измерьте значение тока стока I_C ;

в)изменяя напряжение сток – исток U_CИ от 1 до 10 В, измерьте соответствующие значения тока стока I_C ;

г)повторите измерения по п. в), изменяя напряжение U_ЗИ от 0 до 1,2 В.

Результаты измерений занесите в табл.2.2.

4. По результатам измерений постройте графики вольт-амперных характеристик полевого транзистора.

5. Рассчитайте крутизну стокозатворной характеристики S и дифференциальное сопротивление канала R_СИ.

Контрольные вопросы

1. Расскажите об устройстве, принципах работы полевого транзистора с управляющим p-n-переходом.

2. Какой вид имеют вольт-амперные характеристики полевого транзистора с управляющим p-n-переходом?.

3. Назовите основные параметры полевого транзистора с управляющим p-n-переходом.

4. Как определить параметры по ВАХ транзистора?.

5. Какие полевые транзисторы кроме полевого транзистора с управляющим p-n-переходом Вы знаете?

Таблица 2.1

Напряжение затвор – исток UЗИ , В	Тока стока IC ,мА при напряжении сток – исток UСИ, В
	UСИ=5В	UСИ=10В
0
0.2
0,4
…
1,6

Таблица 2.2

Напряжение сток – исток UСИ, В	Тока стока IC ,мА при напряжении затвор – исток UЗИ , В
	0	0,3	0,6	0,9	1,2
1
2
3
…
10