Лабораторная работа 3. Исследование полевого транзистора
Цель работы
Изучение принципа работы полевых транзисторов разного типа, исследование их вольт-амперных характеристик (ВАХ), определение параметров.
Краткие теоретические сведения
Полевым называют транзистор, управляемый электрическим полем, или транзистор с управляемым каналом для тока.
Ток в полевом транзисторе создается носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), вследствие чего эти транзисторы часто называют униполярными.
Поскольку носители заряда в полевом транзисторе являются основными для активной области, его параметры не зависят от времени жизни неосновных носителей (как у биполярных транзисторов), что определяет высокие частотные свойства и меньшую зависимость от температуры.
Каналом считают центральную область транзистора (рис. 3.1,а). Электрод, из которого в канал поступают основные носители заряда, называют истоком И, а электрод, через который основные носители уходят из канала, – стоком С. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором З.
Изготавливают полевые транзисторы из кремния. В зависимости от электропроводности исходного материала различают транзисторы с p- и n- каналом.
В отличие от биполярных полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление и поэтому требуют очень малых мощностей для управления. Полевые транзисторы подразделяются на два основных типа: с затвором в виде p-n-перехода и с изолированным затвором.
Полевой транзистор с затвором в виде p-n-перехода
Структурная
схема, схема включения и схемное изображение показаны на рис. 3.1. Полевой
транзистор с затвором в виде p-n-перехода
представляет собой кремниевую пластину, например n-типа, на верхней и нижней
гранях которой создаются области с проводимостью противоположного типа,
например p-типа. Эти области электрически связаны, образуя единый
электрод-затвор.
Область с n-проводимостью, расположенная между p-областями; образует токовый канал. На торцевые поверхности пластины наносят контакты, образующие два других электрода И иС, к которым подключается источник питания Uс и при необходимости сопротивление нагрузки. Между каналом и затвором создаются дваp-n-перехода. Ток протекает от истока к стоку по каналу, сечение которого зависит от затвора.
При увеличении отрицательного потенциала на затворе p-n-переходы запираются и расширяются практически за счет канала, сечение канала, а, следовательно, и его проводимость, уменьшаются, ток через канал падает (рис. 3.2,а). При некотором Uзи = Uотс, называемом напряжением отсечки, области p-n-переходов смыкаются по всей длине канала, сток и исток оказываются изолированными друг от друга, ток Iс равен нулю.
 |
Если при Uзи = constувеличивать Uси, то ток через канал (Iс) возрастет (рис. 3.3.б). При этом увеличивается падение напряжения на канале, которое способствует увеличению обратного напряжения на p-n-переходах, вызывая тем самым сужение канала. При некотором Uси = Uнас, называемом напряжением насыщения, канал настолько сужается, что дальнейшее увеличение Uс не увеличивает Iс.
Полевые транзисторы с изолированным затвором или МДП-транзисторы
Эти транзисторы находят более широкое применение, так как имеют более простую конструкцию и обладают лучшими электрическими свойствами.
У
МДП-транзисторов (металл– диэлектрик – полупроводник) между полупроводниковым
каналом и металлическим затвором расположен изолирующий слой диэлектрика (рис.
3.3).
Принцип работы МДП-транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника под воздействием поперечного электрического поля. МДП-транзисторы управляются напряжением и имеют чрезвычайно большое входное сопротивление и в отличие от полевых транзисторов с затвором в виде p-n-перехода сохраняют его большим независимо от величины и полярности входного напряжения. Применяются две конструкции МДП-транзисторов: МДП-транзиторы со встроенным каналом и МДП-транзисторы с индуцированным каналом.
У МДП-транзисторов со встроенным каналом в полупроводниковой пластине (подложке), например «n»-типа, в процессе изготовления в приповерхностном слое создаются области, например «p»-типа, образующие электроды стока и истока (рис. 3.3,а). Перемычка между С и И с проводимостью «p»-типа является каналом для протекания тока стока Iс даже при отсутствии управляющего напряжения Uз = 0 на затворе.
При подаче положительного напряжения на затвор электрическое поле выталкивает основные носители (дырки) из канала, его сопротивление растет, а Iс падает.
Такой режим носит название “режима обеднения”. При отрицательном напряжении на затворе электрическое поле притягивает дырки из подложки, они скапливаются в области канала, сопротивление канала уменьшается, Iс растет (“режим обогащения”). Передаточная функция МДП-транзистора показана на рис. 3.3, б. Его стоковые характеристики Ic=f(Uси) при Uзи = const по виду аналогичны характеристикам транзистора с затвором в виде p-n-перехода (рис. 3.3, б). Схемные изображения МДП-транзисторов со встроенным каналом n-типа и p-типа представлены на рис. 3.3, в.
У МДП-транзисторов с индуцированным каналом последний заранее не создается, и в транзисторах, использующих пластину с проводимостью, например, n-типа, при Uз > 0 и Uз = 0 ток Iс = 0 (рис. 3.4, а, б). Образование канала в таких приборах происходит при подаче на затвор только отрицательного напряжения (Uз < 0). Тогда в результате вытеснения из поверхностного слоя электронов и подтягивания дырок из n-пластины происходит образование между стоком и истоком инверсного слоя полупроводника с проводимостью, аналогичной проводимости С и И, в данном случае p-типа, и, чем более отрицательным будет напряжение на затворе, тем больший Iс будет в канале. Схемные изображения МДП-транзисторов с индуцированным каналом n- и p-типов представлены на рис. 3.4, в.
Основные параметры полевых транзисторов следующие: крутизна характеристики передачи
; (3.1)
дифференциальное сопротивление стока (канала) на участке насыщения
. (3.2)
Порядок выполнения работы
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.