Контрольные вопросы и задания

1. Какие полупроводниковые приборы называют БТ?

2. Как связаны постоянные токи в цепях транзистора?

3. От чего зависит ток коллектора транзистора?

4. Зависит ли коэффициент _DC от тока коллектора? Если да, то в какой степени? Обосновать ответ.

5. Что можно сказать по выходным характеристикам о зависимости тока коллектора от тока базы и напряжения коллектор-эмиттер?

6. Одинаково ли значение r_вх в любой точке входной характеристики?

7. Одинаково ли значение r_э при любом значении тока эмиттера?

Лабораторная работа №3 исследование выходной характеристики полевого транзистора (пт)

Цель работы: исследование выходной характеристики полевого транзистора (ПТ) с управляющим p-n переходом для схемы включения с общим истоком

Краткие теоретические сведения

Полевые транзисторы с управляющим переходом

В ПТ с управляющим р-п переходом используются основные носители только одного типа (дырки или электроны), основным способом движения носителей является дрейф в электрическом поле. Между двумя электродами, называемыми истоком И и стоком С, расположен n-канал из полупроводника n-типа.

Принцип устройства и включения полевого транзистора с управляющим п-р-переходом, а также его условное графическое обозначение показаны на рис. 3.1. Пластинка из полупроводника, например, п-типа имеет на противо­положных концах электроды, с помощью которых она включена в выходную (управляемую) цепь усилительного кас­када. Эта цепь питается от источника Е₂, и в нее включена нагрузка R,н. Вдоль транзистора проходит выходной ток основных носителей. В нашем при­мере это электронный ток. Входная (управляющая) цепь транзистора образо­вана с помощью третьего электрода, представляющего собой область с другим типом электропроводности. В дан­ном случае это р-область. Источник питания входной цепи Е₁ создает на единственном п-р-переходе данного транзистора обратное напряжение. На­пряжение другой полярности, т. е. пря­мое напряжение, на п- р-переход не подают, так как тогда входное сопро­тивление будет очень малым. Во вход­ную цепь включен источник усиливаемых колебаний ИК.

Рис. 3.1.Схема включения и условное гра­фическое обозначение полевого транзистора с п—р-переходом и каналом п-типа

Физические процессы в полевом транзисторе. При изменении входного напря­жения изменяется обратное напряжение на п-р-переходе, и от этого изменяет­ся толщина запирающего (обедненного) слоя, ограниченного на рис. 3.1 штрихо­выми линиями. Соответственно этому меняется площадь поперечного сечения области, через которую проходит поток основных носителей заряда, т. е. выход­ной ток. Эта область называется кана­лом.

Электрод, из которого в канал вы­текают основные носители заряда, назы­вают истоком (И). Из канала носители проходят к электроду, который называ­ется стоком (С). Управляющий элект­род называется затвором (3).

Если увеличивать напряжение U_З-И, то запирающий слой п-р-перехода становится толще и площадь по­перечного сечения канала уменьшается, его сопротивление по­стоянному току Ro возрастает и ток стока i_с становится меньше. При неко­тором запирающем напряжении U_{з‑и.зап} площадь поперечного сечения станет равной нулю и ток i_c ≈0. Транзистор запирается. А при U_з-и = 0 сечение канала наиболь­шее, сопротивление r₀ наименьшее, на­пример несколько сотен Ом, и ток i_c получается наибольшим. Для того чтобы входное напряжение возможно более эффективно управляло выходным током, материал основного полупроводника, в котором создан канал, должен быть высокоомным, т. е. с невысокой концент­рацией примесей. Тогда запирающий слой в нем получается большей толщи­ны. Кроме того, начальная толщина самого канала (при U_з-и = 0) должна быть достаточно малой. Обычно она не превышает нескольких микрометров. Запирающее напряжение U_з-и.зап при этих условиях составляет единицы вольт.

Поскольку вдоль канала, потенциал повышается по мере приближения к стоку, то ближе к стоку обратное напряжение п—р-перехода увеличива­ется и толщина запирающего слоя по­лучается больше.

Характеристики и параметры полевых транзисторов. Управляющее действие затвора наглядно иллюстрируют управ­ляющие (стокозатворные ) характери­стики, выражающие зависимость ic=f(Uзи) при Uс.и=const (рис. 3.2). Одна­ко эти характеристики неудобны для расчетов, и поэтому на практике поль­зуются выходными характеристиками.

На рис. 3.3 изображены выходные (стоковые) характеристики полевого транзистора iс=f(Uс-и) при Uз.и = const. Они показывают, что с увеличением Uс.и ток ic сначала растет довольно быстро, а затем это нарастание замед­ляется и почти совсем прекращается. Это объясняется тем, что при повышении Uс-и ток должен увели­чиваться, но так как одновременно по­вышается обратное напряжение на n- р-переходе, то запирающий слой расширя­ется, канал сужается (т. е. его сопротив­ление возрастает) и за счет этого ток ic должен уменьшиться.

Таким образом, имеют место два взаимно противопо­ложных воздействия на ток, который в результате остается почти постоян­ным.

Рис. 3.2. Управляющие (стокозатворные) ха­рактеристики полевого транзистора с кана­лом n-типа

Рис. 3.3. Выходные (стоковые) характери­стики полевого транзистора с каналом n-типа

При подаче большего по абсолют­ному значению отрицательного напря­жения на затвор ток ic уменьшается и характеристика проходит ниже.

Повышение напряжения стока в кон­це концов приводит к электрическому пробою п-р-перехода, и ток стока начи­нает лавинообразно нарастать, что по­казано на рисунке штриховыми линиями. Напряжение пробоя является одним из предельных параметров ПТ.

Работа ПТ обычно проис­ходит на пологих участках характери­стик, т. е. в области, которую часто называют областью насыщения. Напряжение, при котором начинается эта область, иногда называ­ют напряжением насыщения, а запи­рающее напряжение затвора иначе еще называется напряжением отсечки.

Для тран­зисторов с каналом р-типа полярности питающих напряжений противоположны тем, какие показаны для ПТ с каналом n-типа.

ПТ характеризуется следующими параметрами.

- Крутизна S. Крутизна определяется по формуле:

при Uс.и = const.

и может быть до нескольких миллиам­пер на вольт.

Крутизна характеризует управляю­щее действие затвора. Например, S = 3 мА/В означает, что изменение напряжения затвора на 1 В создает изменение тока стока на 3 мА.

- Внутреннее (вы­ходное) сопротивление r_i. Этот параметр представляет собой сопротивление транзистора между стоком и истоком (сопротивление кана­ла) для переменного тока:

при U_з-и=const.

- Статический коэффициент усиления .

Условные графические изображения БТ и полевых транзисторов с р-n-переходами приведены на рис.3.4.

а) б)

Рис.3.4.Условные графические изображения БТ и полевых транзисторов с р-n-переходами: а)– с n-каналом; б)– с р-каналом

ПТ может быть включен по схеме с общим истоком (ОИ), с общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ). Однако две последние схемы включения применяются редко.