Исследование полевого транзистора

 

Цель работы – изучение принципа действия полевого транзистора, снятие и анализ ВАХ, определение параметров (рис.14).

Пояснения. В отличии от биполярных транзисторов, в которых перенос тока осуществляется электронами и дырками, в полевых транзисторах в переносе тока участвуют только электроны или только дырки; это зависит от того из какого материала выполнен проводящий канал 1 (рис.15).

В работе исследуется транзистор КП101 с каналом p-типа. На боковую поверхность канала нанесены слои полупроводника электронной электропроводности – затвор 2. Между затвором 2 и каналом образуется p-n-переход, обедненный слой которого сосредоточен главным образом в объеме канала, выполняемого их материала с низким содержанием примеси. От канала сделаны выводы 3 и 4 – сток и исток. Исток И обычно заземляют, а на сток С подают напряжение, при котором основные носители заряда устремляются к нему.

В транзисторе с каналом p-типа на сток подается отрицательное напряжение, а на затвор – напряжение, при котором переход затвор – канал закрыт и тока не проводит.

Выходной ток полевого транзистора – ток стока I_С зависит от напряжения на стоке U_СИ и с его ростом увеличивается. Кроме того, ток стока I_С зависит от напряжения на затворе U_ЗИ, которое управляет глубиной проникновения обедненного слоя 5 в объем канала, а следовательно, его поперечным сечением.

 

 

 

 

При напряжении U_СИ=0 напряжение U_ЗИ вызывает уменьшение поперечного сечения канала (рис.16, а) и увеличение его сопротивления. Появления напряжения U_СИ изменяет конфигурацию обедненного слоя, причем сечение канала с приближением к стоку уменьшается, поскольку увеличивается разность потенциалов между затвором и каналом. При некотором напряжении U_СИ, определенном для каждого значения U_ЗИ, обедненные слои смыкаются (точка А на рис.16, б) и наступает насыщение. Напряжение U_СИ = U_СИ.НАС. называется напряжением насыщения. При U_ЗИ=0 напряжение насыщения максимально.

Увеличение напряжения U_СИ приводит к смещению точки А в направлении истока (рис.16, в). Ток I_С поддерживается за счет впрыскивания основных носителей канала в обедненную область точно так же, как в коллекторном переходе биполярного транзистора. При дальнейшем увеличении напряжения U_СИ происходит пробой и выход транзистора из строя.

Стоко-затворная характеристика полевого транзистора (рис.17, а), снимаемая при постоянном напряжении U_СИ, позволяет определить напряжение отсечки U_ЗИ.ОТС, при котором ток стока становится равным нулю, и начальный ток стока I_С.НАЧ., протекающий через канал при U_ЗИ=0.

Таким образом, выходной ток полевых транзисторов в отличии от биполярных определяется напряжением на затворе U_ЗИ, при этом ток затвора близок к нулю, поскольку это обратный ток p-n-перехода. Аналитически стоко-затворная характеристика выражается уравнением:

 

I_С=¦(U_ЗИ), при U_СИ=const.

 

На рис.17, б показано семейство стоковых характеристик полевого транзистора, представляющего собой ряд зависимостей тока стока I_С от напряжения между стоком и истоком U_СИ для ряда постоянных напряжений на затворе U_ЗИ:

I_С=¦(U_ЗИ), при U_ЗИ=const.

 

Основными параметрами полевого транзистора являются:

-крутизна стоко-затворной характеристики S;

-активная выходная проводимость g_22И.

Крутизна S показывает на сколько миллиампер изменится ток стока I_C при изменении напряжения на затворе U_ЗИ на 1В и постоянном напряжении между стоком и истоком U_СИ, т.е.:

Этим параметром определяется усилительные свойства прибора. Обычно крутизну измеряют или рассчитывают для режима, соответствующего линейному участку стоко-затворной характеристики. Для этого строят треугольник АВС (рис.17, б), по которому определяют приращение тока DI_C и напряжение DU_ЗИ, и по формуле (11) рассчитывают крутизну S.

Активная выходная проводимость g_22И определяется наклоном стоковой характеристики в области насыщения (рис.17, б). Этот параметр находят построением треугольника АВС, по которому определяют приращение тока DI_C и напряжения DU_СИ. Тогда активная выходная проводимость равна:

 

)