Методика выполнения работы

Цели работы: изучение структуры и принципов работы МДП транзистора; исследование его сток-затворной и выходной характеристик

Приборы и принадлежности: источник регулируемого постоянного напряжения (U₂), электронный миллиамперметр (mA), мультиметры (V₁, V₂), гальванический элемент (U₁), полевой транзистор КП 501 А.

Схема опыта:

Рис. 5.9. Электрическая схема установки

Порядок выполнения работы

Задание 1. Изучение сток-затворной характеристики МДП транзистора

1. Перед началом работы установите:

· на цифровом миллиамперметре - «режим работы» в положение «mA», «предел измерений» в положение «20 mA»;

· на мультиметрах V₁, V₂ - переключатель «род работы» в положение «=» «20 В»;

· на измерительной плате - ручку потенциометра R _З в крайнее правое положение.

2. Включите приборы, после пятиминутного прогрева аппаратуры приступайте к проведению измерений. Установите на источнике U ₂ напряжение 4-6 В. Вращая ручку регулировки потенциометра R _З влево, определите пороговое напряжение U _пор, при котором появляется ток I_С в цепи “исток – сток” в результате открытия инверсионного канала.

3. Увеличивая напряжение U_ЗИ через 0,1 В, измеряйте силу тока I_C в цепи “сток-исток”. При каждом измерении с помощью регулировки выходного напряжения источника устанавливайте постоянным значение напряжения U_СИ, так как при возрастании I_C увеличивается напряжение на резисторе нагрузки , в результате чего напряжение U_СИ уменьшается. Данные эксперимента внесите в табл. 5.1.

Таблица 5.1

4. По данным измерений постройте сток-затворную характеристику МДП транзистора; методом касательной определите крутизну сток-затворной характеристики (U_ЗИ – по указанию преподавателя) .

Задание 2. Изучение выходных характеристик МДП транзистора

1. Установите напряжение U_ЗИ порядка 2,2-2,3 В. Изменяя напряжение U_СИ от 0,1 В до 10 В, проведите измерения тока стока I_C. Данные внесите в табл. 5.2.

Таблица 5.2

2. Установите напряжение U_ЗИ порядка 2,4-2,5 В. Изменяя напряжение U_СИ от 0,1 В до 10 В, проведите измерения тока стока I_C. Данные внесите в табл. 5.3.

Таблица 5.3

3. По данным табл. 5.2, 5.3 постройте выходные характеристики исследуемого транзистора.

Контрольные вопросы

1. Структура МДПМ конденсатора и схема его энергетических уровней.

2. Управление проводимостью слоя “А” полупроводника с помощью электрического поля. Режимы обогащения, обеднения, инверсной индуцированной проводимости.

3. Структура полевого МДП транзистора; разновидности полевых МДП транзисторов.

4. Структура и режимы работы МДП транзистора со встроенным каналом.

5. Структура и режимы работы МДП транзистора с индуцированным каналом инверсной проводимости.

6. Работа МДП транзистора с индуцированным каналом в статическом режиме. Понятие порогового напряжения. Сток-затворная характеристика МДП транзистора.

7. Выходная характеристика МДП транзистора с индуцированным каналом.

Список литературы

1. Спиридонов О.П. Физические основы твердотельной электроники: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 2008. – С. 183–185.

2. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб. пособие. – Ростов н/Д: Феникс, 2002. – С. 103–111.

3. Дьяконов В.П., Максимчук А.А., Ремнев А.М., Смердов В.Ю. Энциклопедия устройств на полевых транзисторах: М.: СОЛОН-Р – 2002. – С. 3–42.

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом

Структура транзистора

Полевой транзистор с управляющим р-n переходом представляет собой полупроводниковый при­бор с одним р-n переходом и тремя выводами. В процессе работы полевого транзистора участвуют основные носители, находящиеся в канале транзистора, поэтому их иногда называют униполярными или канальными транзисторами.

Полевой транзистор конструктивно устроен следующим образом. На торцы полупроводниковой пластины n-типа методом металлизации наносят контакты исток (И) и сток (С)*. В средней части пластины создают неглубокий слой проводимости р*-типа введением повышенного содержания акцепторной примеси. На поверхность дырочного полупроводника наносится металлический контакт - затвор (З). Область кристалла, находящаяся под слоем дырочного полупроводника, образует канал n-типа, проводимость которого управляется с помощью напряжения между истоком и затвором.

а б

Рис. 5.10. Полевой транзистор с управляющим р-n переходом (канал n-типа):

а – структура транзистора; б – схемное обозначение

Существует также другой тип полевых транзисторов – с управляющим n-р переходом и каналом р-типа, схемное обозначение которых отличается от рассмотренного направлением стрелки на затворе.

а б

Рис. 5.11. Полевой транзистор с управляющим n-р переходом (канал р-типа):

а – структуратранзистора; б – схемное обозначение

Разновидностью полевых транзисторов данного типа являются также транзисторы, в которых управляющий р-n переход заменен контактом Шоттки.

Включение транзистора в статическом режиме

Схема включения полевого транзистора с каналом n-типа в статическом режиме дана на рис. 5.12. Область полупроводника n-типа, расположенная под р-областью, выполняет роль проводящего канала между истоком и стоком. Источник U_СИ обеспечивает ток в цепи “сток – исток”. Движение основных носителей по каналу осуществляется от истока к стоку. В транзисторе с каналом n-типа носителями являются электроны, поэтому сток С соединяют с положительным полюсом источника (в транзисторе с каналом р-типа сток соединяют с отрицательным полюсом источника).

Источник U_ИЗ создает обратное смещение управляющего р-n перехода. При увеличении напряжения |U_ИЗ| область объемного заряда, обладающая высоким сопротивлением, увеличивается, что приводит к уменьшению ширины проводящего канала. Наименьшая ширина проводящего канала расположена в области, прилегающей к стоку, так как запирающее напряжение между стоком и затвором больше напряжения между истоком и затвором U_СЗ > U_ИЗ; (U_СЗ = U_ИЗ + U_СИ).

Рис. 5.12. Схема включения полевого p-n транзистора в статическом режиме:

штриховкой показана область объемного заряда

При фиксированном напряжении между стоком и истоком наибольший ток в цепи стока I_C протекает при U_ИЗ = 0. При увеличении |U_ИЗ| ширина канала уменьшается, что приводит к уменьшению проводимости канала и, в свою очередь, к уменьшению I_C. Напряжение U_ИЗ, при котором канал полностью перекрывается и I_C практически равен нулю, называют напряжением отсечки U_отс.

Примерная зависимость I_С(U_ЗИ) при фиксированном значении U_СИ (сток-затворная характеристика) дана на рис. 5.13.

Ток в цепи затвора в статическом режиме работы транзистора представляет собой обратный ток управляющего р-n перехода и составляет от долей мкА до нескольких мкА, в зависимости от площади перехода.

Рис. 5.13

Зависимость I_С(U_СИ) при фиксированном значении U_ЗИ называют выходной характеристикой. Вид семейства выходных характеристик транзистора с управляющим р-n переходом при разных значениях U_ЗИ дан на рис. 5.14.

Рис. 5.14. Примерный вид выходных характеристик полевого транзистора
с управляющим р-n переходом