Полевые транзисторы icon

Полевые транзисторы



НазваниеПолевые транзисторы
Дата конвертации27.06.2012
Размер286.19 Kb.
ТипДокументы
1. /shemotehnika_k2_PT/Курсовая работа/Белорусский Национальный Технический Университет.doc
2. /shemotehnika_k2_PT/Курсовая работа/Курсовая Работа[схемотехника].doc
Белорусский Национальный Технический Университет
Полевые транзисторы


ОГЛАВЛЕНИЕ


Введение .…………………………………………………..………...….…3


  1. Полевые транзисторы…………………………………………………4

1.1 Общие сведения о полевых транзисторах ……………………….…4

1.2 Классификация полевых транзисторов ……………………….……4

1.3 Принцип работы полевого транзистора с p-n-переходом…………5

1.4 Основные параметры ПТ………………………………………….…9

1.5 Схемы включения …………………………………………………..12

1.6 Система параметров и методика их измерения……………………15


  1. Экспериментальная часть………...………………………………..……..20

2.1 Структурная схема установки для исследования………………….20

2.2 Методика проведения исследований………………………..…....20

2.3 Измеренные и расчетные данные………………………….…….….19

2.4 Определение входных и выходных характеристик полевого

транзистора с p-n- затвором p-каналом для схем с общим

стоком и затвором. ……………………………………………….20

2.4.1 Схема с общим стоком………………………………………..…20

2.4.2Схема с общим затвором………………………………..…….….21

  1. Выводы………...………………………………………………….…….…22





  1. Список литературы .………………………………………………………23



Введение.


Транзистор, полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления электрического тока и управления им. Транзисторы выпускаются в виде дискретных компонентов в индивидуальных корпусах или в виде активных элементов т.н. интегральных схем, где их размеры не превышают 0,025 мм. В связи с тем что транзисторы очень легко приспосабливать к различным условиям применения, они почти полностью заменили электронные лампы. На основе транзисторов и их применений выросла широкая отрасль промышленности – полупроводниковая электроника Одно из первых промышленных применений транзистор нашел на телефонных коммутационных станциях. Первым же товаром широкого потребления на транзисторах были слуховые аппараты, появившиеся в продаже в 1952. Сегодня транзисторы и многотранзисторные интегральные схемы используются в радиоприемниках, телевизорах, магнитофонах, детских игрушках, карманных калькуляторах, системах пожарной и охранной сигнализации, игровых телеприставках и регуляторах всех видов – от регуляторов света до регуляторов мощности на локомотивах и в тяжелой промышленности.
В настоящее время «транзисторизованы» системы впрыска топлива и зажигания, системы регулирования и управления, фотоаппараты и цифровые часы. Наибольшие изменения транзистор произвел, пожалуй, в системах обработки данных и системах связи – от телефонных подстанций до больших ЭВМ и центральных АТС. Космические полеты были бы практически невозможны без транзисторов. В области обороны и военного дела без транзисторов не могут обходиться компьютеры, системы передачи цифровых данных, системы управления и наведения, взрыватели, радиолокационные системы, системы связи и разнообразное другое оборудование. В современных системах наземного и воздушного наблюдения, в ракетных войсках – всюду применяются полупроводниковые компоненты. Перечень видов применения транзисторов почти бесконечен и продолжает увеличиваться (компьютер, ракетное оружие).


За созданием транзистора последовал необычайный расцвет науки и техники. Был дан толчок исследованиям в области выращивания кристаллов, диффузии в твердом теле, физики поверхности и во многих других областях.


1.Полевые транзисторы.


1.1 Общие сведения о полевых транзисторах.


Полевыми транзисторами называются полупроводниковые элементы, которые в отличие от обычных биполярных транзи­сторов управляются электрическим полем, т.е. практически без затраты мощности управляющего сигнала.


1.2 Классификация полевых транзисторов


Различают шесть различных типов по­левых транзисторов (FET). Их условные обозначения в электрических схемах пред­ставлены на рис.1.1. Управляющим элек­тродом транзистора является затвор G. Он позволяет управлять величиной сопроти­вления между стоком D и истоком S. Управляющим напряжением является на­пряжение UGS Большинство полевых тран­зисторов являются симметричными, т. е. их свойства не изменяются, если электроды D и S поменять местами. В транзисторах с управляющим переходом затвор отделен от канала DS п-р или р-п-переходом. При правильной полярности напряжения UGS диод, образуемый переходом затвор — канал, запирается и изолирует затвор от канала; при противоположной полярности он отпирается. У полевых транзисторов с изолированным затвором, или МОП-транзисторов, затвор отделен от канала DS тонким слоем SiO2. При таком испол­нении транзистора ток через затвор не бу­дет протекать при любой полярности на­пряжения на затворе. Реальные токи затворов полевых транзисторов с управляющим переходом составляют от 1 пА до 1 нА, а для МОП-транзисторов они в среднем меньше в 103 раз. Входные сопротивления для транзисторов с управляющим перехо­дом составляют от 1010до 1013 Ом, а для МбП-транзисторов-от 1013 до 1015 Ом. Аналогично делению биполярных тран­зисторов на р-п-р и n-p-n-транзисторы полевые транзисторы делятся на р-канальные и n-канальные. У n-канальных по­левых транзисторов ток канала становится тем меньше, чем сильнее падает потенциал затвора. У р-канальных полевых транзи­сторов наблюдается обратное явление. Ни­же в основном будут рассматриваться п-канальные транзисторы, а р-канальные — лишь в тех случаях, когда на это будут особые причины. Замена n-канальных тран­зисторов на р-канальные возможна, если поменять знак напряжения питания, а так же соответственно изменить полярносп включения используемых в схеме .диодо! и электролитических конденсаторов.

Через полевые транзисторы с управляющим переходом при напряжении UGS = 0 протекает наибольший ток сток. Такие транзисторы называют нормально открытыми. Аналогичные свойства имени МОП-транзисторы обедненного типа и наоборот, МОП-транзисторы обогащенного типа запираются при величинах UGS близких к нулю. Их называют нормальноя закрытыми. Ток стока протекает через п-p нальные МОП транзисторы обогащенног типа тогда, когда UGS превышает некоторое положительное значение. Существуют также МОП-транзисторы, промежуточные между транзисторами обедненного и обогащенного типа, в том числе и такие, через которые при UGS =0 протекает некоторый средний ток канала.

У n-канальных полевых транзисторов к выводу истока необходимо приложить более отрицательный потенциал, чем к вы­воду стока. В симметричном n-канальном Транзисторе любой из выводов канала, к которому подведен более низкий потен­циал, может служить в качестве вывода истока.

В
Рис 1.1 Схемные обозначения полевых транзисторов
МОП-транзисторах часто делают че­твертый вывод от так называемой
подлож­ки. Этот электрод, как и затвор, также может выполнять управляющие функции, но он отделен от канала только р-n-переходом. Управляющие свойства подложки обычно не используются ее вывод соединяют с выводом истока. Если же требуется два управляющих электрода, то исполь­зуют так называемые МОП-тетроды или двухзатворные МОП-транзисторы, имею­щие два равноценных затвора.

    1. Полевой транзистор с управляющим р-n переходом


Полевым транзистором называют трехэлектродный полупроводниковый прибор, в котором электрический ток создается основными носителями заряда под действием продольного электрического поля, а модуляция тока осуществляется, поперечны электрическим полем, создаваемым напряжением на управляющем электроде. Полевые транзисторы бывают двух разновидностей: с управляющим р-п переходом и с изолированным затвором (МДП- или МОП-транзисторы).

Область полупроводника, по которой проходит управляемый ток основных носителей, называют каналом. Электрод, от которого начинают движение основные носители заряда в канале, называют истоком. Электрод, являющийся приемником движущихся основных носителей, называют стоком. Электрод, используемый для управле­ния величиной поперечного сечения канала, называется затвором.

Структура полевого транзистора с управляющим р-п переходом и с каналом n-типа представлена на рис.4.1, а.


Полевой транзистор с управляющим р-п переходом пред­ставляет собой транзистор, затвор которого отделен от канала р-п переходом. Полевой транзистор состоит из пластины полупро­водникового материала, которая может служить каналом и с тор­цов которой расположены два омических контакта, называемых истоком и стоком. Канал может иметь электропроводность как n- так и р-типа. В связи с этим полевые транзисторы с управляющим р-п переходом бывают с n- и р-каналами (рис.4.1, г, д). Напряже­ние источника питания Uси прикладывается к промежутку сток-исток таким образом, чтобы поток основных носителей (в канале п-типа — электроны) двигался от истока к стоку. К промежутку затвор — исток прикладывается напряжениеUзи запирающее управляющий р-n-переход транзистора. При изменении обратного на­пряжения на p-n переходе изменяется площадь поперечного сече­ния канала и его сопротивление, а значит, и величина тока, проте­кающего через канал (рис.4.1, в). В цепи затвора протекает малый обратный ток, в связи с этим необходима малая мощность от ис­точника сигнала в цепи затвора для управления током стока.

Управление толщиной канала осуществляется напряжением (Uзи, т.е. электрическим полем, возникающем в запирающем слое, без осуществления инжекции носителей. Поэтому такие транзи­сторы называются полевыми. Отличие полевого транзистора от биполярного заключается:

  1. в принципе действия — биполярный транзистор управля­ется током, а полевой — напряжением или электрическим полем;

  2. в большом входном сопротивлении (более 109...1010 Ом), что связано с малым током затвора;

  3. в низком уровне шумов.

При прямом включении управляющего р-п перехода возникает относительно большой прямой ток затвора и сопротивление участка затвор — исток резко уменьшается, поэтому нецелесооб­разно применять на практике такое включение.

При увеличении обратного напряжения на затворе запи­рающий слой p-n перехода расширяется, уменьшая сечение кана­ла. При некотором напряжении на затворе может произойти пе­рекрытие канала и в цепях истока и стока начнут протекать не­большие обратные токи (рис.4.1, б).

Напряжение между затвором и истоком, при котором канал перекрывается, а его сопротивление стремится к бесконечности и ток стока достигает заданного низкого значения Iс обр называют напряжением отсечки Uзи отс. При приложении Uзи отс транзистор должен закрываться полностью, но из-за наличия малых токов утечки и трудности их измерения Uзи отс определяется при заданном малом значении Iс обр. В справочнике на каждый транзистор

указывается ток стока, при котором измерено Uзи отс.


Для полевых транзисторов входная характеристика (зависимость от Uзи при фиксированном значении Uси) не имеет практического применения и при расчетах используют только передаточные и выходные ВАХ. На (рис.2) приведены выходные и передаточные характеристики полевого транзистора с управляющим p-n-переходом для схемы включения с ОИ. Эти характеристики, подобно характеристикам биполярного транзистора, имеют нелинейный характер, а, следовательно, полевой транзиcтoр, как и биполярный, является управляемым нелинейным элементом цепи. Однако при сравнении их выходных характеристик очевидны существенные различия.




а) б)


Рис.2 Статические вольт-амперные характеристики полевых транзисторов с управляющим р-п-переходом (схема ОИ):

а - выходные,

б - передаточные.:


На начальном участке изменения выходного напряжения полевого транзистора крутизна его ВАХ с изменением входного сигнала не остается постоянной. Как видно из рис.2 а) с уменьшением Uзи крутизна ВАХ уменьшается, а следовательно, возрастает выходное сопротивление транзистора. Это указывает на зависимость выходного сопротивления полевого транзистора от управляющего напряжения на этом участке ВАХ.

Изменение выходного тока полевого транзистора при изменении Uси происходит до определенного значения выходного напряжения, равного напряжению насыщения Uси нас. (проекция на ось абсцисс точки пересечения штриховой кривой ОА с соответствующей ВАХ транзистора). Это напряжение равно


( 1 )


где Uзи отс.- управляющее напряжение, при котором Ic = 0 (режим отсечки), а Uзи - управляющее напряжение, соответствующее рассматриваемой ВАХ транзистора.

При дальнейшем возрастании выходного напряжения ток остается неизменным вплоть до пробивного напряжения Uси проб.

Физику происходящих при этом процессов в полевом транзисторе можно объяснить следующим образом.

Как уже отмечалось, при входном напряжении Uзи = Uзи отс., соответствующем обратному напряжению на р-п-переходе (затвор - исток), при котором токопроводящий канал транзистора будет полностью перекрыт, выходной ток транзистора будет равен нулю (см. рис. 2б). При Uзи > Uзи отс. в токопроводящем канале появляется проток шириной b и по нему от стока к истоку начинает протекать ток , создающий на сопротивлении канала падение напряжения. Это напряжение, складываясь с напряжением Uзи, по мере приближения к стоку, приводит к увеличению напряжения на обратно смещенном р-n-переходе, т.е. к сужению канала при приближении к истоку, как это показано на (рис.1). Рост тока Ic приводит к увеличению падения напряжения на канале и к уменьшению его ширины, в результате уменьшается ток Iс, протекающий между стоком и истоком.

Однако уменьшение тока стока приводит к уменьшению падения напряжения на канале и к уменьшению фактического (суммарного) напряжения на обратно смещенном p-n-переходе, что увеличивает ширину b канала, а следовательно, и ток . В результате, в структуре полевого транзистора, приведенного на (рис.1), устанавливается динамическое равновесие и при Uси > Uси нас. ток стока поддерживается на уровне насыщения Iс нас.

Как видно из рис. 2 а с уменьшением напряжения Uзи пробивное напряжение транзистора Uси проб. уменьшается. При этом всегда выполняется равенство


Uси. проб = Uси проб (при Uзи = 0) + Uзи ( 2 )


Если Uзи = Uзи отс., транзистор заперт (режим отсечки) и Iс = 0. В случае открытого транзистора для любого значения выходного тока Iс будет соблюдаться равенство


Uзи - Uси нас. = Uзи отс. = -Uзс нас., ( 3 )


где Uзи нас. - напряжение между стоком и затвором в режиме насыщения транзистора.

Из сравнения приведенных на рис.2 ВАХ видно, что полярности управляющего и выходного напряжений полевого транзистора с управляющим р-n-переходом не совпадают.

1.4.Основные параметры ПТ.



Основными параметрами, характеризующими полевой транзистор как нелинейный элемент, являются:

-коэффициент усиления по напряжению


при Ic=const ( 4 )


-крутизна (определяется по передаточной характеристике)


при Uси=const; ( 5 )

-дифференциальное выходное (внутреннее Ri) сопротивление


при Uзи=const; ( 6 )


-дифференциальное сопротивление участка затвор – сток


( 7 )

Это сопротивление учитывает обратную связь между выходом и входом полевого транзистора.

Входное сопротивление r вх полевого транзистора очень велико (несколько мегаом), поскольку значение тока затвора очень мало.

Значение параметра Ri определяют при работе транзистора в режиме насыщения как котангенс угла наклона выходной характеристики. Так как для полевых транзисторов режиму насыщения соответствует пологая часть выходной характеристики, то в рабочей области этот угол мал и, следовательно, внутреннее сопротивление оказывается достаточно большим (сотни килоом).

Крутизна S передаточной характеристики отражает степень влияния входного напряжения на выходной ток, т. е. эффективность управляющего действия затвора, и составляет 1 ... 5 мА/В. Первые три параметра связаны соотношением

( 8 )




1.5 Схемы включения.



Как указывалось выше, полевой транзистор может быть включен в схему тремя различными способами:

- с общим истоком,

- с общим стоком,

- с общим затвором.

Схема с общим истоком представлена на (рис. 4), она характеризуется высокими входным и выходным сопротивлениями и коэффициентом усиления по напряжению, большим единицы. Эта схема аналогична схеме включения электронной лампы с общим катодом. Входной сигнал подается между затвором и истоком, выходной снимается между стоком и истоком. Оба сигнала находятся в противофазе. Входное сопротивление каскада определяется сопротивлением р-п-перехода затвора Rзи и достигает 10—1000 Мом на низкой частоте.

Входная емкость с учетом эффекта Миллера определяется междэлектродными емкостями транзистора и коэффициентом усиления каскада по напряжению , при этом


Свх = Сзи + (1 + Кн)*Сзс ( 9 )


Выходное сопротивление каскада определяется параллельно включенными сопротивлением нагрузки и динамическим сопротивлением стока Rд. При этом


Rвых = Rд * Rн / Rд + Rн. ( 10 )


Коэффициент усиления каскада по напряжению, как и в случае ламповой схемы, равен:


( 11 )


где


( 12 )

собственный коэффициент усиления транзистора по напряжению. При Rд>>Rн получаем: Кн = Sмакс *Rн. При включении в цепь истока резистораR1, обеспечивающего отрицательную обратную связь по току, коэффициент усиления каскада по напряжению уменьшается до величины K'н, равной:


( 13 )


Поскольку крутизна вольт-амперной характеристики полевого транзистора является функцией напряжения на затворе, то большие входные сигналы могут заметно искажаться. Поэтому схема с общим истоком может использоваться в качестве малосигнального усилителя с переменным коэффициентом усиления.




Рис.4 Включение полевого транзистора по схеме с общим истоком.


Схема с общим стоком или истоковый повторитель (рис.5) аналогична схеме катодного повторителя на электронной лампе. Входное сопротивление каскада выше, а выходное - ниже, чем в случае схемы с общим истоком; коэффициент усиления по напряжению меньше единицы. Входной сигнал подается между затвором и стоком, а снимается между истоком и стоком. Переворот фазы отсутствует.

Истоковый повторитель может быть использован в качестве трансформатора сопротивлений для связи источника сигнала с высоким выходным сопротивлением и схемы с низким входным сопротивлением.




Рис 5. Включение полевого транзистора по схеме с общим стоком.


Схема с общим затвором (рис.6) аналогична ламповой схеме с общей сеткой. Эта схема характеризуется низким входным и высоким выходным сопротивлениями и может быть использована в качестве трансформатора полных сопротивлений для связи между источником сигнала с низким выходным сопротивлением и схемой с высоким входным сопротивлением.

Входное сопротивление каскада равно:


( 14 )


а входная емкость Свх равна межэлектродной емкости затвор - исток.

Выходное сопротивление каскада с общим затвором определяется, как и в случае каскада с общим истоком, параллельно включенными сопротивлением нагрузки и динамическим сопротивлением стока (см. формулу ( 10 )).

Коэффициент усиления каскада по напряжению с учетом сопротивления источника сигнала равен:


( 15 )


Каскады с общим затвором могут использоваться в высокочастотных схемах, однако в многокаскадных схемах коэффициент усиления снижается из-за несогласованности выходных и входных сопротивлений.




Рис.6. Включение полевого транзистора по схеме с общим затвором.


1.6 Система параметров и методика их измерения.



По аналогии с ламповой электроникой, в которой за типовую принята схема с общим катодом, для полевых транзисторов типовой является схема с общим истоком. Распространенная в ламповой электронике для характеристики элементов четырехполюсника система проводимостей или y-параметров, может быть с успехом применена и для характеристики параметров полевых транзисторов.

Для схемы с общим истоком переход от параметров четырехполюсника к параметрам собственно полевого транзистора, независящим от схемы включения, осуществляется довольно просто. При таком включении каждая из проводимостей эквивалентной схемы имеет точный физический смысл, а именно:

1 ) входная проводимость определяется проводимостью участка затвор – исток, т. е.

у з.и = у 11 + у 12 ( 16 )


2 ) входная проводимость определяется проводимостью участка сток – исток, т. е.

у и.с = у 22 + у 21 ( 17 )


3 ) функция прямой передачи определяется крутизной ВАХ , т. е.

S = y 21 + y 12 ( 18 )

4 ) функция обратной передачи определяется проходной проводимостью

у з.с = - у 12 ( 19 )

Эти параметры принимаются за первичные параметры ПТ, используемого в качестве четырехполюсника. Эквивалентная схема включения ПТ в качестве усилительного элемента имеет вид, представленный на рис. 7. Если первичные параметры четырехполюсника для схемы с общим истоком известны, то можно произвести расчет параметров для любой другой схемы включения ПТ.

В настоящее время нет единой спецификации параметров ПТ и наряду с у – параметрами часто приводятся значения максимального тока стока Iмакс, напряжения отсечки U 0 и крутизны S.





Рис. 7. Эквивалентная схема включения ПТ в качестве усилительного элемента.


Информацию об усилительных свойствах полевого транзистора можно получить из рассмотрения семейства статических вольт-амперных характеристик. Методика снятия этих характеристик не отличается от аналогичной методики для вакуумных ламп. Самым простым методом является снятие характеристик по точкам. Поскольку схема с общим истоком является типовой, то обычно при снятии вольт-амперных характеристик стока исток заземляется, а к стоку и затвору подключаются регулируемые источники напряжения соответствующей полярности и измерительные приборы (рис.8).





Рис.8 Схема измерения параметров полевых транзисторов.

Полное семейство вольт-амперных характеристик стока можно получить также с помощью характериографа. При этом на сток полевого транзистора необходимо подавать напряжение развертки пилообразной формы, а на затвор - ступенчатое напряжение. Полярности пилообразного и ступенчатого напряжений должны выбираться в соответствии с полярностью испытываемого транзистора.

По семейству вольт-амперных характеристик легко определить величину Iмакс и зависимость тока стока в режиме насыщения от напряжения на затворе.

При определении с помощью статических характеристик напряжения отсечки U0 и крутизны S встречается ряд затруднений. Поскольку переход от омической области к пентодной на вольт-амперных характеристиках происходит плавно, для определения U0 необходимо измерять напряжение на затворе, при котором ток стока уменьшается до нуля. Так как между истоком и стоком запертого транзистора всегда существует некоторый остаточный ток, то при определении необходимо установить какой-то критерий для остаточного тока стока. Таким критерием может быть определенная величина тока стока, например 0,1 мка, или определенный процент от значения максимального тока стока, обычно 0.1—0.5%.


2. Экспериментальная часть


2.1 Структурная схема установки для исследования


Исследование статических характеристик полевых транзисторов производят на установке, структурная схема которой приведена на рис. 3.1. Напряжения на затвор и на сток исследуемых транзисторов подаются от регулируемых источников постоянного напряжения G1 и G2. Напряжение на затворе относительно истока измеряется вольтметром PU1, напряжение на стоке относительно истока — вольтметром PU2. Ток стока измеряется амперметром РА.




Рис. 3.1. Схема для исследования статических характеристик полевых транзисторов


Перед включением установки, напряжения источников питания G1 и G2 устанавливается в положение, соответствующее минимальному напряжению на их выходах.

Исходя из структурной схемы установки в дальнейшем исследования (практические) произведем с помощью компьютерной программы Electronics Workbench.


2.2 Методика проведения исследований

Подключается к схеме полевой транзистор cn-p затвором и p-каналом, по схеме с общим стоком или истоком. Подается необходимое напряжение на затвор (см. табл. 1). Изменяется напряжение на истоке от U1 до U2 В через ∆U В и далее через U32 В до U4 В и измеряется ток истока.

Уменьшается напряжение источников питания G1 и G2 до нуля. Подключается к схеме полевой транзистор по схеме с общим истоком и проводятся аналогичные исследования.

По данным табл. 1 (схема с общим стоком) строим семейство выходных и входных статических характеристик

По данным табл. 2 (схема с общим истоком) построим семейство выходных статических характеристик и характеристик передачи.

По характеристиках передачи данного полевого транзистора вычислим при UСИ=10 В крутизну, пользуясь формулой (36).

По статической выходной характеристике полевого транзистора вычисляем выходное сопротивление при UЗС =9 В пользуясь формулой (37).

По формуле (38) находим, собственный коэффициент усиления полевого транзистора по напряжению.

Эти операции проделываем для обеих схем включения транзистора.


2.3 Измеренные и расчетные данные


Схема исследования полевого транзистора по схеме с общим стоком с помощью компьютерной программы Workbench.




Рис 2.2.1 Схема исследования полевого транзистора с p-n- затвором p-каналом по схеме с общим стоком


Таблица 1

Снитие входных и выходных характеристик полевого транзистора с p-n затвором и p-каном для схемы с общим стоком



Входная статическая характеристика представляет собой зависимость Uзс=f(Iз) при Uси=const. Подбирая напряжение источника питания Е1 в пределах 1 – 10В и изменяя сопротивление резистора R (выберем R=10кОм) будем задавать ток затвора Iз, который измеряется с помощью амперметра А1. Вольтметр V1 служит для измерения Uзс. Снимем входные характеристики для двух значений Uси: 0 и 5 В, которое задается источником питания Е2. Экспериментальные результаты занесены в таблицу 1. Напряжение Uзс1 измерялось при Uси=0 , а напряжение Uзс2 – при Uси=5 В. На рис.3.2 представлены графики входных характеристик.

Таблица1

Iз, мА

0,5

1

5

10

20

30

40

50

Uзс1,В при Uси=0 В

0,619

0,637

0,679

0,697

0,714

0,725

0,733

0,738

Uзс2,В при Uси=5 В

0,637

0,655

0,697

0,714

0,732

0,743

0,75

0,756


Выходная статическая характеристика представляет собой зависимость Iи=f(Uси) при Iз=const. Напряжение Uси будем задавать с помощью источника питания Е2 в пределах от 0,1 В до 10 В. Ток истока Iи измеряется амперметром А2. Фиксированный ток Iз устанавливаем переменным резистором R (R=10 кОм), выбрав напряжение источника питания Е1=5 В. Снимем выходные характеристики при следующих значениях Iз=0,5мА; 1мА; 1,5мА; 2мА. Результаты измерений занесены в таблицу 2 где Iи1 измерялось при Iз=0,5мА; Iи2 – при Iз=1мА; Iи3 – при Iз=1,5мА; Iи4 – при Iз=2мА. На рис.3.3 представлены графики выходных характеристик.

Таблица2

Uси, В

0,1

0,2

0,5

1

2

4

6

8

10

1, мА

0,041

0,101

0,239

0,428

0,657

0,699

0,702

0,703

0,705

2, мА

0,031

0,102

0,241

0,432

0,664

0,709

0,711

0,713

0,715

3, мА

0,021

0,102

0,242

0,434

0,668

0,714

0,716

0,718

0,72

4, мА

0,011

0,102

0,243

0,435

0,671

0,718

0,72

0,722

0,724


Повторим проделанные операции для полевого транзистора, включенного по схеме с общим истоком.




рис 2.2.3 2.24


рис 2.2.3 Входные характеристики полевого транзистора с p-n- затвором p-каналом, включенного по схеме с общим стоком.


рис.2.2.4 Выходные характеристики полевого транзистора с p-n- затвором p-каналом, включенного по схеме с общим стоком.


Схема исследования полевого транзистора по схеме с общим истоком с помощью компьютерной программы Workbench.




Рис 2.2.4 Схема исследования полевого транзистора с p-n- затвором p-каналом по схеме с общим истоком


Таблица1

Iз, мА

0,5

1

5

10

20

30

40

50

Uзс1,В при Uси=0 В

0,619

0,637

0,679

0,697

0,714

0,725

0,733

0,738

Uзс2,В при Uси=5 В

0,637

0,655

0,697

0,714

0,732

0,743

0,75

0,756


Таблица2

Uси, В

0,1

0,2

0,5

1

2

4

6

8

10

1, мА

0,041

0,101

0,239

0,428

0,657

0,699

0,702

0,703

0,705

2, мА

0,031

0,102

0,241

0,432

0,664

0,709

0,711

0,713

0,715

3, мА

0,021

0,102

0,242

0,434

0,668

0,714

0,716

0,718

0,72

4, мА

0,011

0,102

0,243

0,435

0,671

0,718

0,72

0,722

0,724


По табличным данным строим семейство выходных статических характеристик и характеристик передачи для схемы с общим истоком.

рис 2.2.5 2.26


рис 2.2.5 Входные характеристики полевого транзистора с p-n- затвором p-каналом, включенного по схеме с общим истоком.


рис.2.2.6 Выходные характеристики полевого транзистора с p-n- затвором p-каналом, включенного по схеме с общим истоком.


2.4 Определение статических характеристик полевого транзистора с p-n- затвором p-каналом для схем с общим стоком и общим истком


2.4.1 Схема с общим стоком


С помощью характеристики передачи для полевого транзистора с общим стоком находим крутизну характеристики, характеризующую усилительные свойства полевого транзистора




∆IИ=IИ-I’’И= 0,84-0,6=0,24 мА

∆UЗС=UЗС-U’’ЗС=10-8=2 В


S=0,24*10-3/2=0,000012 См.


Находим выходное сопротивление для этой же схемы


при UЗС=5 В

∆UСИ=UСИ-U’’СИ=10-8=2 В

∆IИ=IИ-I’’И=0,705-0,703=0,002 мА


R1= 2/0,002*10-3=100 кОм


В результате по этим данным находим коэффициент усиления транзистора по напряжению (в схеме с общим стоком)


=0,000012*78000=1,2


2.4.1 Схема с общим истоком


С помощью характеристики передачи для полевого транзистора с общим стоком находим крутизну характеристики, характеризующую усилительные свойства полевого транзистора




∆IИ=IИ-I’’И= 0,84-0,6=0,24 мА

∆UЗС=UЗС-U’’ЗС=10-8=2 В


S=0,24*10-3/2=0,000012 См.


Находим выходное сопротивление для этой же схемы


при UЗС=5 В

∆UСИ=UСИ-U’’СИ=10-8=2 В

∆IИ=IИ-I’’И=0,705-0,703=0,002 мА


R1= 2/0,002*10-3=100 кОм


В результате по этим данным находим коэффициент усиления транзистора по напряжению (в схеме с общим стоком)


=0,000012*78000=1,2


Таким образом, в выше представленном пункте были рассчитаны основные статистические характеристики полевого транзистора с p-n-затвором и p-каналом включенного по схемам с общим стоком и общим истоком. На основании полученных данных мы можем провести сравнительный анализ данных схем, что и будет представлено в заключении.




3.Выводы


В данной работе рассматривался принцип действия полевого транзистора с p-n затвором и p-каналом. Были рассчитаны статические параметры полевого транзистора с общим затвором теоретически и экспериментально. Небольшие расхождения между статическими параметрами, определенными теоретически и экспериментально, связаны с неточностью графоаналитического метода.


Чтобы схемы на полевых транзисторах имели широкое применение в будущем, они должны иметь преимущество перед существующими интегральными схемами. В основном эти преимущества не будут в характеристиках. Биполярные интегральные схемы с их низким пороговым напряжением, высоким коэффициентом усиления и низким напряжением насыщения превосходят МОП-схемы, если сравнивать по быстродействию и мощности.

Теория работы полевых транзисторов в настоящее время достаточно хорошо разработана и довольно успешно применяется при конструировании цифровых логических схем

Дальнейшее совершенствование полевых транзисторов развивается в следующих направлениях: увеличение быстродействия, уменьшение размеров и потребляемой мощности, применение новых технологических приемов в изготовлении МОП- и КМОП-структур ИМС, увеличение граничной частоты (быстродействия) и мощности, уменьшение собственных шумов и влияния дестабилизирующих факторов приборов дискретного действия, уменьшение разброса и увеличение стабильности всех параметров полевых транзисторов, создание новых конструктивных разновидностей с использованием как кремния, так и других полупроводниковых материалов, принципиально новых приборов на основе использования свойств и эффектов, присущих полевым транзисторам.







4. Литература





  1. Гришина Л. М., Павлов В. В. ’’Полевые транзисторы.’’Минск 1982.

  2. Малин Б. В. ‘’Параметры и свойства ПТ.’’Минск 1967.

  3. Игуменов Д. В. Громов. ‘’Эксплуатационные параметры и особенности применения ПТ.’’Минск 1981.

  4. Токарев П. Д. “Расчет элементарных схем на ПТ .”Ленинград 1970.

  5. Антипов Г. В. ”Транзисторы.” Минск 1990.




Похожие:

Полевые транзисторы iconДокументы
1. /МРБ 0905. Бочаров Л.Н. Полевые транзисторы.djvu
Полевые транзисторы iconДокументы
1. /МРБ 1056. Гришина Л.М., Павлов В.В. Полевые транзисторы- Справочник.djvu
Полевые транзисторы iconДокументы
1. /Транзисторы иностранные.pdf
Полевые транзисторы iconДокументы
1. /МРБ 0449. Лабутин В.К. Транзисторы.djvu
Полевые транзисторы iconДокументы
1. /МРБ 0480. Айсберг Е. Транзисторы..djvu
Полевые транзисторы iconДокументы
1. /МРБ 1144. Григорьев О.П. и др. Транзисторы- Справочник.djvu
Полевые транзисторы iconДокументы
1. /МРБ 0638. Лабутин В.К. Транзисторы- Справочник (2-е изд.).djvu
Полевые транзисторы iconДокументы
...
Полевые транзисторы iconДокументы
1. /МРБ 0548. Лабутин В.К. Мощные низкочастотные транзисторы- Справочник.djvu
Полевые транзисторы iconДокументы
1. /МРБ 0526. Лабутин В.К. Транзисторы общего назначения- Справочник.djvu
Полевые транзисторы iconДокументы
1. /Дьяконов В.П.Лавинные транзисторы и их применение в импульсных устройствах.1973.djvu
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов