Тема: «Исследование полевого транзистора»

Лабораторно-практическая работа № 8
по предмету «Основы промышэлектроники»
Тема: «Исследование полевого транзистора»
Цель:
 научиться применять знания, полученные при изучении дисциплины;
 приобрести навыки сборки лабораторных схем для изучения режимов работы полевого транзистора с последующим расчетом, анализом и экспериментальным определением параметров;
 воспитать у студентов целеустремленность при изучении учебного материала в течение всего учебного года.
Оборудование: методические и справочные материалы, индивидуальное задание.

1. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
Лабораторно-практическая работа предназначена для усвоения (закрепления) материала теоретических занятий, развития практических умений.
Выполнение практической работы включает этапы: изучение исходных данных; выполнение работы; оформление материалов; защита работы.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия «перпендикулярного» току электрического поля, создаваемого напряжением на затворе.
Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда только одного знака (электронами или дырками), поэтому такие приборы часто включают в более широкий класс униполярных электронных приборов (в отличие от биполярных).
От биполярного транзистора полевой транзистор отличается, во-первых, принципом действия: в биполярном транзисторе управление выходным сигналом производится входным током, а в полевом транзисторе — входным напряжением или электрическим полем. Во-вторых, полевые транзисторы имеют значительно большие входные сопротивления, что связано с обратным смещением p-n-перехода затвора в рассматриваемом типе полевых транзисторов. В-третьих, полевые транзисторы могут обладать низким уровнем шума (особенно на низких частотах), так как в полевых транзисторах не используется явление инжекции неосновных носителей заряда и канал полевого транзистора может быть отделён от поверхности полупроводникового кристалла.
Схемы включения транзистора. Для полевого транзистора, как и для биполярного, существуют 3 схемы включения: схемы с общим затвором, общим истоком и общим стоком. Наиболее часто используют схемы с общим истоком.
Характеристики и параметры полевых транзисторов
К основным характеристикам полевых транзисторов относятся:
- стокозатворная характеристика – это зависимость тока стока IС от напряжения на затворе UЗИ (рис.1, а);
- стоковая характеристика – это зависимость IС от UСИ при постоянном напряжении на затворе (рис.1, б)


Рис.1. Характеристики полевых транзисторов с управляющим p-n переходом: а – стокозатворная (входная); б – стоковая (выходная)















Основные параметры полевых транзисторов:
- напряжение отсечки;
- крутизна стокозатворной характеристики. Она показывает, на сколько миллиампер изменится ток стока при изменении напряжения на затворе на 1В (рис.1, а)

внутреннее (или выходное) сопротивление полевого транзистора (рис.1, б)


Так как на затвор подаётся только запирающее напряжение, то ток затвора будет представлять собой обратный ток закрытого p-n перехода и будет очень мал.
Величина входного сопротивления Rвх будет очень велика и может достигать 1000 МОм.

3. ИНСТРУКЦИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
1.Изучение схем и измерение их параметров и характеристик производится с помощью программы Electronics Workbench.
2. Выполнение заданий:
Задание 1. Выберите марку полевого транзистора с затвором в виде p-n-перехода. Используя полосу «набор элементов» нажмите кнопку с изображением транзистора и из открывшегося окна перетащите полевой транзистор на рабочую область. Нажмите на него два раза и в открывшемся окне выберите строку motorola и марку транзистора в соответствии с вариантом:
1 – BF244A, 2 – BF245A, 3 – BF246A, 4 – BF256B, 5 – J304, 6 – J309, 7 – MMBF170, 8 – MMBF5459, 9 – MPF102, 10 – MPF4861.
Задание 2. Постройте схему эксперимента для снятия стоко-затворных характеристик транзистора
















Задание 3. Снимете данные для построения стоко-затворных характеристик транзистора
Для этого необходимо при фиксированном значении напряжения сток-исток Uси измерять значения тока стока Iс при изменении напряжения затвор-исток Uзи:
- на схеме установите значение Uси = 10 В;
- нажатием комбинации клавиш Shift/R увеличьте сопротивление переменного резистора источника питания цепи базы до 100%, что соответствует нулевому напряжению на выходе регулируемого источника 3 V/V;
- изменяя напряжение нажатием клавиши R (уменьшение сопротивления переменного резистора) измеряйте значение напряжения затвор-исток Uзи транзистора; полученные результаты занесите в таблицу 3.1;
- показания снимать до тех пор, пока величина тока стока Iс не станет меньше 500 мкА, что соответствует закрытому состоянию транзистора;
- установите значение напряжения Uси = 30 В и повторите действия для снятия зависимости величины Iс от напряжения затвор-исток Uзи.

Таблица 3.1- Зависимость величины тока стока Ic от напряжения Uзи

Uзи, В 0 0,3 0,45 0,6 0,75 0,9 1,2 1,5 1,65 1,8 1,95 2,1 2,25 2,55 2,7 3,0
Ic, мА при Uси=10 6,478 3,237 2,031 1,104 0,457 0,090 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Ic, мА при Uси=30 7,362 3,680 2,310 1,256 0,519 0,102 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Задание 4. Постройте схему эксперимента для снятия выходных характеристик транзистора

Задание 5. Снимете данные для построения выходных характеристик транзистора
Для этого необходимо при фиксированном значении напряжения затвор-исток Uзи измерять значения тока стока Iс при изменении напряжения сток-исток Uси:
- на схеме установите значение Uзи = 0 В;
- нажатием комбинации клавиш Shift/R увеличьте сопротивление переменного резистора источника питания цепи коллектора до 100%, что соответствует нулевому напряжению на выходе регулируемого источника напряжения 30V/V;
- изменяя напряжение нажатием клавиши R (уменьшение сопротивления переменного резистора) измеряйте значение тока стока Iс транзистора; полученные результаты занесите в таблицу 3.2;
- из таблицы 3.1 выберите три значения напряжения затвор-исток при котором еще протекает ток стока и повторите действия предыдущего пункта.


Задание 6. В соответствии с полученными данными постройте стоко-затворные и выходные характеристики транзистора
На основании измерений постройте в одной декартовой системе координат стоко-затворные характеристики, а в другой — выходные характеристики.
Задание 7. Проанализируйте принцип работы исследованного транзистора по построенным характеристикам

Задание 8. Определение параметров транзистора по построенным характеристикам
Определите выходное сопротивление транзистора, как отношение приращения выходного напряжения к выходному току при неизменном напряжении на затворе.
Пример:

Рисунок 3.1. Определение выходного сопротивления транзистора Ri

Определите крутизну характеристики транзистора, которая показывает, как изменяется выходной ток при изменении входного напряжения.
Пример:


Рисунок 3.2. Определение крутизны транзистора S



4. Контрольные вопросы:
1. Что такое полевой транзистор?
2. Из каких материалов изготавливаются полевые транзисторы?
3. Сколько PN-переходов имеет полевой транзистор?
4. Чем отличаются транзисторы различных типов?
5. Поясните особенности работы и область применения полевых транзисторов.