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 4.1.

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 4.1 – 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 4.2

Рисунок 4.2 - Эквивалентная схема замещения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

Порядок выполнения работы

1. На лабораторном стенде собрать схему для снятия вольт - амперных характеристик полевого транзистора с управляющим p-n - переходом (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 – Схема для снятия вольт-амперных характеристик полевого транзистора с управляющим p-n - переходом

2. Изменяя напряжение на стоке снять и построить стоковые ВАХ полевого транзистора с каналом n-типа при различных значениях U_ЗИ. Результаты измерений занести в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 – Данные для построения стоковых ВАХ

Uзи =	Uзи =	Uзи =	Uзи =
Ic	Ucи	Ic	Uси	Ic	Uси	Ic	Uси

3.Изменяя напряжение на затворе снять и построить стокозатворные ВАХ полевого транзистора при различных значениях U_СИ. Результаты измерений занести в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 – Данные для построения стокозатворных характеристик

Uси =	Uси =	Uси =	Uси =
Iс	Uзи	Iс	Uзи	Iс	Uзи	Iс	Uзи

4. Экспериментально определить основные параметры полевого транзистора. Результаты измерений занести в таблицу 4.3.

Таблица 4.3 - Данные для определения параметров полевого транзистора

№	Uзи	Uси	Ic

Содержание отчёта

1. Справочные данные исследуемого транзистора и его цоколёвку.

2. Схема для снятия ВАХ транзисторов.

3. Таблицы и графики стоковых и стокозатворных ВАХ транзистора.

4. Значения основных параметров транзистора, определенные экспериментально и графоаналитически в заданной точке покоя

5. Схемы замещения полевого транзистора с управляющим p-n - переходом.

6. Выводы.

Контрольные вопросы

1. В чем отличие полевых транзисторов от биполярных?

2. На чем основан принцип работы полевого транзистора с управляющим p-n - переходом?

3. Перечислите основные параметры полевых транзисторов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5