4. Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Эквивалентная схема модели транзистора.

3. Экспериментально измеренные параметры модели Эберса–Молла.

4. График зависимости и аппроксимирующей ее функции.

5. Семейство входных статических характеристик.

6. Семейство выходных статических характеристик.

7. Выходная характеристика транзистора, рассчитанная без учета влияния эффекта модуляции ширины базы.

8. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается эффект модуляции ширины базы (эффект Эрли)?

2. Как эффект модуляции ширины базы сказывается на семействе статических входных и выходных характеристик транзистора?

3. В чем заключается эффект смыкания переходов?

4. На какие параметры транзистора влияет эффект модуляции ширины базы?

5. Начертите эквивалентную схему модели Эберса–Молла для p–n–p-транзистора.

6. Каким образом можно учесть инерционные свойства транзистора в модели Эберса–Молла?

7. Каким образом в модели Эберса–Молла учитывается влияние температуры на работу транзистора?

8. Почему при экспериментальном определении параметров модели Эберса–Молла сначала измеряется зависимость  = f(U_кэ), а затем расчетным путем находится зависимость  = f(U_кэ)?

9. Почему в реальном транзисторе нельзя менять местами эмиттер и коллектор?

10. Укажите полярность коллекторного и эмиттерного переходов для режима отсечки и насыщения?

11. Перечислите и охарактеризуйте известные вам математические модели транзистора.

12. В чем заключаются основные достоинства и недостатки модели Эберса–Молла?

Литература: [2, с. 235–240], [4, с. 145–151]; [6, с. 179–184].

Лабораторная работа № 6

Полевой транзистор

Цели работы:

1. Познакомиться с реальными характеристиками и параметрами полевого транзистора с управляющим p–n-переходом.

2. Изучить режим усиления и режим электрически управляемого резистора.

1. Краткие теоретические сведения

П олевой транзистор (ПТ) – это полупроводниковый прибор, состоящий из проводящего канала, ток в котором образуют носители одного знака (n или p) и затвора, управляющего с помощью электрического поля величиной тока в канале.

Электрод, из которого в канал входят носители заряда, называется истоком; электрод, через который из канала уходят носители заряда, – стоком; электрод, служащий для регулирования сопротивления канала, – затвором.

Принцип действия полевых транзисторов коренным образом отличается от принципа действия биполярных.

 В полевых транзисторах носителями тока служат либо электроны (n), либо дырки (p), т.е. основные носители, и поэтому их называют «униполярными».

 В полевых транзисторах ток между истоком и стоком протекает под действием продольного электрического поля, а у большинства биполярных – за счет диффузии.

 Управление величиной тока в ПТ происходит с помощью поперечного электрического поля, меняющего (модулирующего) сопротивление канала в области затвора, а у биполярных – путем увеличения концентрации неосновных носителей в базе.

По конструктивному исполнению и технологии изготовления полевые транзисторы можно разделить на две основные группы: полевые транзисторы с управляющим p–n-переходом и полевые транзисторы с изолированным затвором.

Полевой транзистор с управляющим p–n-переходом состоит из полупроводникового стержня (пластины кремния) с омическими контактами по краям и одним или двумя p–n-переходами в центральной части. Между омическими контактами методом диффузии формируется проводящий канал с дырочной (p) или электронной (n) проводимостью. Сопротивлением токопроводящего канала управляет p–n-пере-ход, смещенный в обратном направлении и расположенный, в отличие от биполярного транзистора, параллельно направлению движения носителей заряда.

При подключении к стоку и истоку ПТ напряжений разной полярности между ними возникает электрический ток стока Величина зависит от концентрации носителей в канале. Если на затвор относительно истока подать напряжение смещающее p–n-переход в обратном направлении, то концентрация основных носителей в канале в области затвора уменьшится, сопротивление канала увеличится – это приведет к уменьшению тока стока. С увеличением напряжения на затворе область, обедненная подвижными носителями, а следовательно, повышенного сопротивления расширяется в глубь канала. Ток стока уменьшается и прекращается. Напряжение на затворе при котором становится равным нулю называется напряжением отсечки .

Протекающий по каналу ток создает вдоль канала падение напряжения. Оно оказывается обратным для p–n-перехода затвора и, складываясь с , также уменьшает ток стока. Т.е. ток, протекающий в канале, ограничивает сам себя. За счёт этого напряжение, а значит, и область повышенного сопротивления распределяется вдоль затвора неравномерно. Оно минимально в области, примыкающей к истоку, и максимально со стороны стока (рис. 6.1).

Если зафиксировать и увеличивать напряжение , то сначала ток стока будет увеличиваться пропорционально напряжению – это «омический» режим работы ПТ. Однако далее, с ростом , начинает работать механизм самоограничения, рост тока прекращается, его величина стабилизируется – это режим «насыщения». Напряжение на стоке, при котором транзистор переходит в режим насыщения, называется пороговым . Ясно, что транзистор перейдет в ре-

жим насыщения, когда сумма напряжений на стоке и затворе станет численно равна напряжению отсечки

. (6.1)

Полевые транзисторы в сравнении с биполярными обладают следующими основными преимуществами.

 Высокое входное сопротивление (порядка Ом), так как управление током происходит через обратно смещенный p–n-пере-ход). Это позволяет им практически не потреблять мощность от источника сигнала.

 Малый уровень собственных шумов (у униполярных транзисторов отсутствует составляющая шума, связанная с генерацией и рекомбинацией неосновных носителей), что позволяет усиливать существенно более слабые сигналы.

 Лучшие частотные свойства, что позволяет работать с СВЧ-сиг-налами до .

 При работе ПТ в импульсном режиме достижимы очень малые времена переключения (порядка с), так как они обладают незначительным временем накопления и рассасывания зарядов.

 Полевые транзисторы более устойчивы к воздействию ионизирующих излучений, поскольку их параметры не зависят от времени жизни неосновных носителей.

 Полевые транзисторы хорошо работают при низких температурах вплоть до температуры жидкого азота (– 197 С).

Транзисторы с управляющим p–n-переходом могут использоваться в трех схемах включения: с общим истоком (ОИ), с общим стоком (ОС), с общим затвором (ОЗ).