Лабораторна робота № 4. Тема:знаття статичних характеристик МДН ПТ в схемі СВ

ТЕМА: Знаття статичних характеристик МДН ПТ в схемі СВ.

МЕТА: Дослідити статичні ВАХ ПТ в схемі спільний витік та отримати навички по визначенню h - параметрів по ВАХ.

ОБЛАДНАННЯ:

- лабораторний макет;

- вольтметр (тестер).

КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Транзи́стор — напівпровідниковий елемент електронної техніки, який дозволяє керувати струмом, що протікає через нього, за допомогою прикладеної до додаткового електрода напруги.

Транзистори є основними елементами сучасної електроніки. Зазвичай вони застосовуються в підсилювачах і логічних електронних схемах. У мікросхемах в єдиний функціональний блок об'єднані тисячі й мільйони окремих транзисторів.

За будовою та принципом дії транзистори поділяють на два великі класи: біполярні транзистори й польові транзистори. До кожного з цих класів входять численні типи транзисторів, що відрізняються за будовою і характеристиками.

Польовими транзисторами називаються напівпровідникові елементи, що на відміну від звичайних біполярних транзисторів керуються електричним полем, тобто практично без витрат потужності керуючого сигналу.

Класифікація

Розрізняють шість різних типів польових транзисторів. Їхні умовні позначення в електричних схемах зображено на рис. 1.

а)	в)
2. б)

Рис. 1. Схемні позначення польових транзисторів: а – дискретний транзистор; б – інтегральний транзистор; в – класифікація.

Керуючим електродом транзистора є затвор З. Він дозволяє керувати значенням опору між стоком С і витоком В. Керуючою напругою є напруга Uзв. Більшість польових транзисторів є симетричними, тобто їхні властивості не змінюються, якщо електроди С і В поміняти місцями. У транзисторах з керуючим переходом затвор відокремлено від каналу СВ n-р - або р–n - переходом. При правильній полярності напруги Uзв діод, утворений переходом затвор – канал, закривається й ізолює затвор від каналу; при протилежній полярності він відкривається. У польових транзисторів з ізольованим затвором, або МДН-транзисторів, затвор відділений від каналу СВ тонким шаром SiО2. При такому виконанні транзистора струм через затвор не буде протікати при будь-якій полярності напруги на затворі. Реальні струми затворів польових транзисторів з керуючим переходом складають від 1 пА до 1 нА, а для МДН-транзисторів вони в середньому менше в 10³ разів. Вхідні опори для транзисторів з керуючим переходом складають від 10¹⁰ до 10¹³ Ом, а для МДН-транзисторів – від 10¹³ до 10¹⁵ Ом. Аналогічно розподілу біполярних транзисторів на р–n–р- і n–р–n транзистори польові транзистори поділяються на р-канальні і n-канальні. У n-канальних польових транзисторів струм каналу стає тим меншим, чим сильніше падає потенціал затвора. У р-канальних польових транзисторів спостерігається зворотне явище.

Через польові транзистори з керуючим переходом при напрузі U_ЗВ = 0 про­тікає найбільший струм стоку. Такі транзистори називають нормально відкри­тими. Аналогічні властивості мають МДН-транзистори збідненого типу. Навпа­ки, МДН-транзистори збагаченого типу закриваються при значеннях U_ЗВ, близь­ких до нуля. Їх називають нормально закритими. Струм стоку протікає через n-канальні МДН-транзистори збагаченого типу тоді, коли U_ЗВ перевищує деяке додатне значення.

У n-канальних польових транзисторів до витоку необхідно при­класти більш від’ємний потенціал, ніж до стоку.

Якщо ж потрібно два керуючі електроди, то використовують так звані МДН-тетроди або двозатворні МДН-транзистори, що мають два рівноцінних затвори.

Основні параметри ПТ.

1. Крутість передатної характеристики:

Типові значення параметрів малопотужного польового транзистора складають: S_В = 2,..., 20 мА/В.

2. Диференційий вихідний опір:

.

Граничні електричні параметри польових транзисторів подібні до аналогічних параметру в біполярних транзисторів.

Основні схеми увімкнення.

За аналогією з біполярними транзисторами і залежно від того, який електрод підключається до точки постійного потенціалу, розрізняють три схеми включення ПТ: із спільним витоком (ЗВ), спільним стоком (ЗС), спільним затвором (ЗЗ).

Схема ЗВ – є подібною до схеми із загальним емітером для біполярного транзистора. Відмінність полягає в тому, що для ПТ з керуючим p-n переходом діод канал – затвор включено у зворотньому напрямку, тому вхідний струм при цьому практично дорівнює нулеві, а вхідний опір дуже великий. Для ПТ МДН типу затвор взагалі відділений від каналу діелектриком, тому вхідний струм затвору таких ПТ ще менший.

Як правило, для польових транзисторів схеми ЗЗ майже не застосовуються, оскільки при цьому включенні не використовується властивість високоомності кола затвор – витік транзистора.

Схема із загальним стоком має значно більший вхідний опір, ніж схема з загальним витоком. У більшості випадків, однак, це не має особливого значення, оскільки воно досить велике і для схем із загальним витоком. Перевагою такої схеми є те, що вона істотно зменшує вхідну ємність каскаду.

Для ПТ характерним є більш низький рівень власних шумів та наявність «термостабільної» робочої точки. Оскільки ВАХ ПТ при малих значеннях напруги стік – витік майже така ж сама, як в омічного опору, значення якого можна змінювати в широких межах шляхом зміни напруги затвор – витік, польові транзистори широко застосовують як керований опір в подільниках напруги, а генератори струму на ПТ відрізняються максимальною простотою реалізації.

ХІД РОБОТИ

1.5. Зберіть схему вимірювання ВАХ польового транзистора.

1.2. Виміряйте та занесіть до таблиці 1 значення U _зв, U_{Ж с} при двох фіксованих значеннях U_св.

Таблиця 1

1.3. За формулою І_с = (U_Жс – U_св)/ R_с розрахуйте та внесіть до таблиці 1 значення струму стоку, для кожного значення U_зв.

2.1. Виміряйте та занесіть до таблиці 2 значення U_св, U_Жс при двох фіксованих значеннях напруги на затворі U_зв (для цього використайте відповідні значення U_зв з таблиці 1).

Таблиця 2

2.2. За формулою І_с = (U_Жс – U_св)/ R_с розрахуйте та внесіть до таблиці 2 значення струму стоку ПТ, для кожного значення U_св.

3.1. Користуючись даними таблиці 1 побудуйте прохідну ВАХ ПТ при двох значеннях U_св, використовуючи Майстер діаграм MS EXCEL.

3.2. Користуючись даними таблиці 2 побудуйте вихідні ВАХ ПТ при двох значеннях U_зв, використовуючи Майстер діаграм MS EXCEL.

4. Користуючись експериментальними ВАХ ПТ виконайте дії, згідно із завданням до лабораторної роботи.

ЗАВДАННЯ

4.1. На прохідних ВАХ позначте робочу точку для забезпечення роботи підсилювального каскаду в режимі класу «А», поясніть принцип роботи підсилювального каскаду, визначте кут відтинання колекторного струму в даному режимі.

4.2. На прохідних ВАХ позначте робочу точку для забезпечення роботи підсилювального каскаду в режимі класу «В», поясніть принцип роботи підсилювального каскаду, визначте кут відтинання колекторного струму в даному режимі.

4.3. На прохідних ВАХ позначте робочу точку для забезпечення роботи підсилювального каскаду в режимі класу «С», поясніть принцип роботи підсилювального каскаду, визначте кут відтинання колекторного струму в даному режимі.

4.4. На прохідних ВАХ позначте робочу точку для забезпечення роботи підсилювального каскаду в режимі класу «D», поясніть принцип роботи підсилювального каскаду, визначте кут відтинання колекторного струму в даному режимі.

4.5. На прохідних ВАХ позначте робочу точку для забезпечення роботи підсилювального каскаду в режимі класу «AB», поясніть принцип роботи підсилювального каскаду, визначте кут відтинання колекторного струму в даному режимі.

4.6. Вкажіть, які переваги мають польові транзистори у порівнянні з біполярними. Наведіть типи та умовні позначення польових транзисторів.

4.7. Поясніть принцип побудови та роботи польового транзистора з керуючим p-n переходом та ПТ МДН типу.

4.8. Зобразіть ВАХ ПТ з керуючим p-n переходом та ПТ МДН типу.

4.9. Поясніть як за ВАХ ПТ визначити диференційні параметри.

5. Вимоги до оформлення звіту.

· Звіт необхідно оформити в текстовому редакторі MS WORD.

· Звіт повинен містити:

- титульну сторінку;

- мету роботи;

- схеми дослідів;

- таблиці з даними;

- графіки ВАХ;

- розрахунки параметрів згідно із індивідуальним завданням.

ДОДАТОК

В додатку наведена схема електрична принципова лабораторного макету.

Додаток 1