Лабораторная работа №9 изучение характеристик и параметров мдп-транзистора
Цель работы: снятие и построение статических характеристик МДП-транзистора; определение параметров модели транзистора.
Описание лабораторной установки
Схема передней панели представлена на рис. 9.1. В центральной части изображена схема измерения параметров МДП-транзистора со встроенным каналом типа КП 305. Схема позволяет исследовать параметры полевого транзистора при нормальном (N) и инверсном (I) включении. Переключение из одного режима в другой осуществляется переключателем, расположенным в правой части стенда.
Рис. 9.1. Схема измерения параметров МДП-транзистора
Для снятия статических характеристик в стенде установлены три плавно регулируемых генератора напряжения:
GUзи – генератор напряжения затвор-исток;
GUпи – генератор напряжения подложка-исток;
GUси – генератор напряжения сток-исток.
На затвор может быть подано как положительное, так и отрицательное относительно истока напряжение, на подложку – отрицательное, на сток – положительное.
Для контроля напряжения соответствующих источников напряжения и тока стока в верхней части стенда расположены вольтметры и миллиамперметр.
Для исследования влияния температуры на характеристики транзистора предусмотрен прогрев прибора до 60 С.
Задания по выполнению лабораторной работы
1. Для нормального включения транзистора (режим N) при напряжении Uпи = 0 снять и построить стоковые характеристики Ic = f(Uси) при Uзи = const для шести значений Uзи. Используя стоковые характеристики, построить стоко-затворные характеристики Ic = f(Uзи) при Uси = const для двух значений Uси = 3 В, Uси = 8 В.
2. Снять и построить стоковые характеристики при Uпи = 2 В; 6 В. По данным п. п. 1 и 2 построить на одном графике стоко-затворные характеристики при Uси = 8 В и Uпи = 0, 2, 6 В.
3. Снять и построить зависимость напряжения отсечки от напряжения Uпи при прямом и инверсном включениях.
4. Для инверсного включения транзистора (режим I) снять и построить выходные характеристики Iи = f(Uис) при Uзс = const для трех значений Uзс и двух значений Uпс 0,6 В.
5. Включить подогрев. Повторить действия, начиная с п. 1. Определить температурный коэффициент ТКI для трех значений Uзс. Время подогрева 3-4 мин. Т = 60°.
6. По результатам экспериментов определить дифференциальные параметры малосигнальной эквивалентной схемы полевого транзистора: S, µ, Р при Uзи = Uзс = 0 для нормального и инверсного включений.
Методические указания по выполнению лабораторной работы
К пункту 1.
Включить транзистор нормально (переключатель «Реж. N/I» в положении N). Установить Uпи = 0, Uзи = –2 В. Изменяя Ucи от 0 до максимального напряжения, снять зависимость IC(Uси). Аналогично снять характеристики при Uзи = –1; –0,5; 0; +0,5; +1; +2 В. Результаты измерений занести в таблицу (табл. 9.1).
Таблица 9.1. Результаты измерений
Uпи = 0, Uзи = –1 В | |||||
Uси, В |
|
|
|
|
|
Iс, мА |
|
|
|
|
|
Uпи = 0, Uзи = –0,5 В | |||||
Uси, В |
|
|
|
|
|
Iс, мА |
|
|
|
|
|
К пункту 2.
Установить Uпи = 2 В и снять стоковые характеристики, как в предыдущем пункте для Uзи = –1; 0; +1; +2 В. Аналогично снимаются характеристики для Uпи = 6 В.
К пункту 3.
Установить Ucи = 5 В. Задавая последовательно Uпи = 0,2 В; 4 В; 6 В; 8 В, изменять Uзи до тех пор, пока ток IC будет меньше 0,1 мА (по прибору РА IС ≈ 0). Полученное значение Uзи принять за напряжение отсечки Uзио. Опыт повторить при инверсном включении транзистора. В инверсном режиме сток и исток меняются местами, учитывая это, необходимо для инверсного включения заменить обозначения: Uзи на Uзс, Uпи на Uпс, IС на Iи, Uси на Uис. Таким образом, при инверсном включении установить Uис = 5 В, задавать поочередно значения Uпc = 0; 2; 4; 6; 8 В, контролировать ток IC и фиксировать напряжение отсечки Uзсо.
К пункту 4.
Характеристики снимаются аналогично тому, как описано в указаниях к п.п. 1, 2 для нормального включения. Стоковые характеристики при одинаковых Uпи (Uпc) построить на одних графиках при прямом и инверсном включениях совместно с п.п. 1, 2 задания, откладывая по положительным направлениям IC и Uси, а по отрицательным – IИ и Uиc (рис. 9.2).
Рис. 9.2. Стоковые характеристики
К пункту 5.
Полученные характеристики построить совместно с характеристиками к п. 1 задания пунктирными линиями на стоковых и стоко-затворных характеристиках. Температурный коэффициент тока стока определить с учётом знаков для Uзи = –1; 0; +2 В по формуле
.
К пункту 6.
Если известно, что транзистор работает в линейном режиме при малых отклонениях, то используется мало сигнальная эквивалентная схема (рис 9.3). При указанных условиях подложка соединяется обычно с истоком. Ёмкость Сз-к затвора по отношению к каналу образует совместно с сопротивлениями σК канала и σИ истока RС-цепочку, снижающую крутизну S.
Для статической модели основными параметрами являются: S – крутизна; Ri – внутреннее сопротивление и µ – коэффициент усиления по напряжению. Они связаны соотношением µ = S·Ri.
Рис. 9.3.Схема замещения транзистора
Омическое сопротивление слоёв стока σC и истока σИ в первом приближении можно считать равными нулю. Крутизна S определяется по стоко-затворной характеристике (рис. 9.4)
.
Рис. 9.4. Стоко-затворная характеристика
Внутреннее сопротивление Ri определяется по стоковым характеристикам (см. рис. 9.2).
Содержание отчета
Отчет по работе должен содержать:
исследуемые схемы;
таблицы с результатами измерений по п.п. 1-6 задания и графики, построенные по результатам измерений;
таблицу с рассчитанными значениями параметров модели.
Вопросы и задания для домашней подготовки
Чем отличается МДП-транзистор от полевого транзистора с управляющим p-n-переходом?
Чем отличаются МДП-транзисторы со встроенным и изолированным каналами?
Нарисуйте семейство стоковых характеристик транзистора.
Нарисуйте семейство стоко-затворных характеристик Ic = f(Uзи) при Uси = const. Как они могут быть получены из стоковых характеристик?
Что такое пороговое напряжение Uзип, напряжение отсечки Uзио (показать на характеристиках)? Как они зависят от напряжения Uпи?
Почему у полевых транзисторов не снимаются входные характеристики?
Контрольные вопросы и задания
1. Нарисуйте структуру МДП-транзистора с индуцированным (встроенным) каналом; объясните принцип работы МДП-транзистора.
2. Поясните физику работы транзистора на крутом участке характеристик и проверьте формулу для тока.
3. Поясните физику работы транзистора на пологом участке и проверьте формулу для тока на этом участке.
4. Поясните влияние напряжения подложки на характеристики транзистора и проверьте формулу, учитывающую это влияние.
5. Нарисуйте стоко-затворные характеристики всех транзисторов с р- и n-каналами.
6. Объясните зависимость стоковых характеристик от температуры работы.
7. Объясните, как будет работать транзистор при подаче на сток-исток синусоидального переменного напряжения. Нарисуйте временную диаграмму работы.
Библиографический список1
1. Агаханян, Тимур Маратович. Основы транзисторной электроники: учеб. пособие для вузов / под ред. Т. М. Агаханяна. — М.: Энергия, 1974. — 256 с.: ил.
2. Степаненко, Игорь Павлович. Основы теории транзисторов и транзисторных схем / под ред. И. П. Степаненко. — М.: Энергия, 1977. — 762 с.: ил.
3. Анисимов, Борис Васильевич. Машинный расчет элементов ЭВМ: учеб. пособие для вузов / под ред. Б. В. Анисимова. — М.: Высш. шк., 1976. — 336 с.: ил.
4. Батушев, Владимир Алексеевич. Электронные приборы / под ред. В. А. Батушева. — М.: Высш. шк., 1960. — З84 с.: ил.
5. Лабораторные работы по курсу «Полупроводниковые приборы», — М.: МЭИ, 1986. — 44 с.