Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2001
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Електроніка та мікропроцесорна техніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА«
ЗНЯТТЯ ХАРАКТЕРИСТИК І ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ПОЛЬОВОГО ТРАНЗИСТОРА
Методичні вказівки до лабораторної роботи №15
з курсу
“Електротехніка електроніка та мікропроцесорна техніка"
для студентів спеціальностей:
7.090207 "Робототехнiчнi системи та комплекси",
7.090223 "Машини та технологія пакування",
7.090222 "Обладнання легкої промисловості
та побутового обслуговування"
Затверджено
на засіданні кафедри
автоматизації та комплексної
механізації машинобудівної
промисловості
Протокол № 6
від __ _________ 2001р.
Львів - 2001
Зняття характеристик і визначення параметрів польового транзистора. Методичні вказівки та інструкція до лабораторної роботи з курсу “Електротехніка електроніка та мікропроцесорна техніка" для студентів спеціальностей: 7.090207 “Робототехнiчнi системи та комплекси”, 7.090223 “Машини та технологія пакування”, 7.090222 “Обладнання легкої промисловості та побутового обслуговування” /Укл. Зелінський І.Д., Таянов С.А. - Львів: Національний університет "Львівська політехніка", 2001. -12с.
Укладачі:
к.т.н., доцент каф. АКМ Зелінський І.Д.,
к.т.н., доцент каф. АКМ Таянов С.А.
Відповідальний за випуск:
зав. каф. АКМ доцент, к.т.н. Гаврильченко О.В.
Рецензенти:
к.т.н., доцент каф. АКМ Савчин О.М.
д.т.н., доцент каф. “Телекомунікації” Тимченко О.В.
ЗНЯТТЯ ХАРАКТЕРИСТИК І ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ПОЛЬОВОГО ТРАНЗИСТОРА
Мета роботи: вивчення принципу дії, зняття характеристик і визначення основних параметрів польового транзистора з р-n-переходом.
І. ПОПЕРЕДНЯ ПІДГОТОВКА ДО РОБОТИ
Теоретичні відомості
Польовим називають транзистор, в якому струм через канал керується полем, що виникає при прикладанні напруги між затвором і витоком. Польові транзистори в порівнянні з біполярними мають великі вхідний і вихідний опори і меншу крутість прохідної характеристики. Робота польових транзисторів заснована на русі основних носіїв заряду в напівпровіднику. Керування струмом у вихідному ланцюзі здійснюється керуючою напругою, тому їхні підсилювальні властивості, як і електронних ламп, характеризуються крутістю.
Рис. 1. Будова польового транзистора:
а - з р-n-переходом; б- з ізольованим затвором і вбудованим каналом;
в - з ізольованим затвором і індукованим каналом.
I
Польові транзистори в залежності від способу виготовлення й електричних характеристик поділяються на дві групи: транзистори з p-n-переходом і з ізольованим затвором (МОП транзистори).
Польовий транзистор з р-п-переходом складається з напівпровідникового стрижня (пластини з кремнію) з омічними виводами від кожного кінця, у якому методом дифузії утворений канал — найтонший шар з дірковою провідністю (рис. 1, а). По краях каналу також методом дифузії утворені більш масивні ділянки з дірковою провідністю. Таким чином, на поверхні каналу з протилежних сторін формується р-n-перехід, розташований паралельно напрямку струму. У відповідності з ГОСТ 15133-69 каналом польового транзистора називають область у напівпровіднику, у якій струм носіїв заряду регулюється зміною її поперечного переріза. Тип каналу (п чи р) залежить від електропровідності напівпровідника.
Вивід, через який у канал втікають носії заряду (позитивний для p-каналу і негативний для n-каналу), називають витоком; протилежний вивід, через який з каналу витікають носії заряду, - стоком; третій вивід, до якого прикладається керуюча напруга, - затвором. При підключенні до витоку позитивної, а до стоку негативної напруги в каналі виникає електричний струм, якій створений рухом дірок від джерела до стоку, тобто основними носіями заряду (дірками в області з дірковою провідністю). У цьому полягає істотна відмінність польового транзистора від біполярного, у якого в утворенні колекторного струму беруть участь як електрони, так і дірки. Рух носіїв заряду вздовж електронно-діркового переходу (а не через переходи, як у біполярному транзисторі) є другою характерною рисою польового транзистора.
Електричне поле, яке створюється між затвором і каналом, змінює щільність носіїв заряду в каналі, тобто величину струму, що протікає. Так як керування відбувається через зворотно зміщений р-n-перехід, опір між каналом і керуючим електродом (затвором) великий, а струм затвора малий,
У польових транзисторах з ізольованим затвором затвор відділений від каналу тонким ізолюючим шаром окису кремнію. При дуже тонкому ізолюючому шарі проникнення поля в канал не ускладнене, при цьому струм затвора значно зменшується і не залежить від полярності прикладеної до затвора напруги (на відміну від польових транзисторів з р-n-переходом).
Рис. 2. Схема включення польового транзистора:
а - з СВ; б – з СС; в - з СЗ.
Канали польових транзисторів з МОП структурою по фізичних властивостях розділяються на вбудовані (збіднений тип) і індуковані (збагачений тип) (мал. 1, б, в). По вбудованому каналі тече струм під час відсутності напруги на затворі, якщо прикласти напругу між стоком і джерелом. Це так називаний початковий струм стоку. Струмом стоку можна керувати, змінюючи значення і полярність напруги між затвором і витоком. При деякій позитивній напрузі затвор - виток транзистора з р-каналом чи негативній напрузі транзистора з n-каналом струм у ланцюзі стоку припиняється. У польовому транзисторі з індукованим каналом при відсутності напруги на затворі струм між стоком і витоком дуже малий. При подачі на затвор транзистора з р-каналом негативної напруги (позитивної для транзистора з n-каналом) стосовно витоку струм між стоком і джерелом збільшується.
Польовий транзистор, як елемент схеми, являє собою активний несиметричний чотириполюсник, у якого один із виводів є загальним для ланцюгів входу і виходу. У залежності від того, який з електродів польового транзистора підключений до спільного виводу, розрізняють схеми: із спільним витоком і входом на затвор (СВ); із спільним стоком і входом на затвор (СС); із загальним затвором і входом на витік (СЗ). Схеми включення польового транзистора показані на рис. 2.
За аналогією з ламповою електронікою, де за типову прийнята схема з загальним катодом, для польових транзисторів типовою є схема з загальним витоком. Параметри польових транзисторів зручно визначати в системі провідностей, чи -параметрів чотириполюсника.
Еквівалентна схема польового транзистора, елементи якої виражені через -параметри, приведена на риc. 3. При такому підключенні кожна з провідностей має фізичний сенс.
Вхідна провідність визначається провідністю ділянки затвор-виток ; вихідна провідність - провідністю ділянки сток-виток ; функція передачі - крутістю вольт-амперної характеристики ; функція зворотної передачи - прохідною провідністю . Ці параметри приймаються за первинні параметри польового транзистора, який використовується як чотириполюсник. Якщо первинні параметри чотириполюсника для схеми зі спільним витоком визначені, то можна розрахувати параметри для будь-якої іншої схеми включення польового транзистора.
Рис. 3. Еквівалентна схема польового транзистора.
Позначення типу польових транзисторів складається з декількох елементів. Перший елемент позначає вихідний матеріал, з якого виготовлений прилад: германій або його сполуки - Г; кремній або його сполуки - К; сполуки галію —А. Для транзисторів, які використовуються у пристроях спеціального призначення встановлено наступні позначення вихідного матеріалу: германій або його сполуки — 1; кремній або його сполуки - 2; сполуки галію — 3. Другий елемент - підклас напівпровідникового приладу (буква П). Третій елемент — призначення приладу. Четвертий і п'ятий елемент - порядковий номер розробки і технологічного типу приладу (від 01 до 99). Шостий елемент - розподіл технологічного типу на параметричні групи (букви російського алфавіту від А до Я). Набори дискретних напівпровідникових приладів позначаються відповідно до їхнього різновиду і перед останнім елементом додається буква С. Наприклад: польовий транзистор, призначений для пристроїв широкого застосування, кремнієвий, малої потужності, високочастотний, номер розробки 03, група А — 2П3О3А.
Позначення параметрів польових транзисторів встановлене ГОСТ 19095—73.
Умовні графічні позначення польових транзисторів в електричних схемах (ГОСТ 2.730—73) показані на рис. 4.
Рис. 4. Умовні графічні позначення польових транзисторів:
а – p-n-переходом і р-каналом; б - з p-n-переходом і n-каналом; в - з вбудованим р-каналом
збідненого типу; г - з вбудованим n-каналом збідненого типу; д - з індукованим р-каналом
збагаченого типу; е - з індукованим n-каналом обогащенвого типу.
Схема дослідження, необхідні прилади і деталі
Схема для зняття характеристик польового транзистора з затвором у вигляді р-п -переходу показана на рис. 1.
Для підбору елементів схеми необхідно знати припустимі значення струмів і напруг досліджуваного транзистора. У табл. 1 приведені основні дані деяких польових транзисторів.
Таблиця 1. Основні дані польових транзисторів
Тип транзистора
Максимальний струм стоку* , мA
Крутість характеристики струму стоку*
, мА/В
Напруга відсічення** , В
Струм затвора*** , нА
Максимальна напруга між стоком і затвором , В
Максимальна невід’ємна напруга на затворі , В
КП101Г-КП101Е КП102Е-КПЮ2Л КП103Е-КП103М
2-5
0,55-6,0
0,3-12
0,15-0,3
0,25-1,3
0,4-4,4
5-10
2,8-10
1,5-7
10-50
15
20
-10
-20
-15(-17
не допускається теж
-0,5
* При = -5 В і =0 для КП101; =-10 В і =0 для КП102, КП103.
** При =1мкА для КП101 та =10мкА для КП102, КП103.
*** При = +5 В для КП101 = +10 В для КП102, КП103.
У схемі є два джерела, що дозволяють змінювати напругу на затворі і стоці польового транзистора. Джерелами е.р.с. Е1 та Е2 можуть бути сухі елементи, акумулятори або джерела живлення постійного струму. Потенціометри R1 та R2, які дозволяють регулювати напруги на затворі і стоці транзистора, мають опір порядку 500 - 1000 Ом. Вимірювальні прилади в ланцюгах затвора і стоку розраховані на вимірювання постійних струмів і напруг. Доцільно застосовувати прилади магнітоелектричної системи. Їх межі вимірів повинні бути зручними для зняття стокових і стоко-затворних характеристик і залежать від величин струмів і напруг у ланцюгах досліджуваного транзистора (уточнюються при випробуванні схеми).
II. ВИКОНАННЯ РОБОТИ
План роботи
Зборка і випробування схеми.
Зняття стокових характеристик польового транзистора при .
Зняття стоко-затвориой характеристики польового транзистора при при .
Побудова стокових і стоко-затворной характеристик польового транзистора.
Визначення параметрів польового транзистора по стоковій характеристиці:
а) напруги насичення ;
б) струму насичення ;
в) вихідного диференціального опору .
Визначення параметрів польового транзистора за стоко-затворною характеристикою:
а) крутості характеристики ;
б) напруги відсічення .
Зборка і випробування схеми
Досліджуваний польовий транзистор, джерела живлення, вимірювальні прилади і потенціометри з'єднують за схемою рис.5. Після перевірки приступають до випробування схеми. Для цього потенціометром R1 установлюють напругу на ділянці затвор-витік приблизно 0,5 В, а потенціометром R2 змінюють напругу між стоком і витоком від 0 до -5(-10В. Спостерігаючи, як змінюється струм стоку, переконуються у можливості зняття стокової характеристики.
Рис. 5. Схема дослідження польового транзистора
Можливість зняття стоко-затворної характеристики перевіряють, подаючи на стік напруга -5(-10В. Підтримуючи цю напругу постійною, змінюють напругу між затвором і витоком від 0В до значення напруги, що відповідає напрузі відсічення і стежать, як змінюється струм стоку.
Зняття стокових характеристик польового транзистора
при
Перед зняттям характеристик заготовлюють таблицю спостережень (табл. 2).
Стокові характеристики польового транзистора знімають для 4-5 значень напруги затвора. Величини напруг затвора залежать від типу досліджуваного транзистора і лежать у межах 0 - 10 В. Напругу стоку змінюють у процесі зняття характеристики через 1-2 В потенціометром R2.
Таблиця 2
при
Транзистор типу...
В
В
В
В
, В
, мА
, В
, мА
, В
, мА
, В
, мА
Зняття стоко-эатворної характеристики польового транзистора
при
Перед зняттям характеристики заготовлюють таблицю спостережень (табл. 3).
Таблиця 3
при
Транзистор типу...
, В
, мА
Стоко-затворную характеристику знімають для одного значення напруги стоку, наприклад =-5 В. При цьому змінюють напругу затвора від 0 (при максимальному значенні струму стоку) до напруги відсічення (при якій струм стоку дорівнює нулю) через 0,1—0,2 В.
Побудова стокових і стоко-затворних характеристик польового транзистора
На підставі табл. 2 і 3 у прямокутній системі координат будують сімейство стокових характеристик і стоко-затворну характеристику. Зразковий вид цих характеристик показаний на рис. 6 і 7.
Рис. 6. Сімейство стокових характеристик польового транзистора
Визначення параметрів польового транзистора по стоковій характеристиці
На цій характеристиці для напруги затвора =0 (див. рис. 6) визначають значення напруги насичення і струму насичення та .
Для визначення вихідного диференціального опору на одній із стокових характеристик будують характеристичний трикутник, з якого находять
, Ом (1)
Рис. 7. Стоко-затворна характеристика польового транзистора
Визначення параметрів польового транзистора по
стоко-затворній характеристиці
На цій характеристиці (рис. 7) визначають значення напруги відсічення .
Для визначення крутості характеристики будують характеристичний трикутник, з якого знаходять
, мА/В (2)
III. ВКАЗІВКИ ДО ЗВІТУ
Звіт повинний містити:
точну назву та мету роботи;
таблицю основних даних досліджуваного польового транзистора;
схему для зняття характеристик транзистора з короткою характеристикою елементів, які входять у неї;
таблиці спостережень;
стокові характеристики транзистора при ;
стоко-затворну характеристику транзистора при ;
таблицю значень параметрів транзистора, які визначені за характеристиками;
короткі висновки про роботу.
Контрольні питання
1. Розповісти про пристрій і принцип роботи польового транзистора з затвором у виді р-п-переходу.
2. Накреслите схему включення польового транзистора з указівкою полярності джерел напруги в ланцюзі затвора і стоку.
3. Приведіть умовні позначення і приклади маркування польових транзисторів.;
4. Чим пояснити високо вхідний опір польового транзистора в порівнянні з біполярними транзисторами?
5. Які носії заряду (основні чи не основні) беруть участь у створенні струму стоку?
6. Побудуєте сімейство стокових характеристик польового транзистора і пояснить вплив на струм стоку напруг стоку і затвору.
7. Укажіть на стоковій характеристиці, знятої при нулівій напрузі затвору значення напруги насичення і робочу область характеристики.
8. Побудуйте стоко-затворну характеристику польового транзистора і поясніть принцип керування струмом стоку.
9. Перелічіть основні параметри польового транзистора і способи їх визначення по характеристиках.
10. Порівняєте властивості польового (уніполярного) транзистора з біполярним транзистором і електронною лампою (пентодом).
11. Розкажіть про можливості практичного використання польових транзистора в електронній апаратурі.
Література
Скаржепа И. А., Луценко А. Н. Электроника и микросхемотехника: Учебник: В 2х ч./ Под общ. ред. А.А. Краснопрошиной. К.: Вища шк. 1989. - Ч.1.
Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Учеб. пособие для приборостроит. спец. вузов – 2-е изд., перераб. и доп. М. : Высш. шк., 1991.
Захаров В.К., Лыпарь Ю.М. Электронные устройства автоматики и телемеханики. Л.: Энергоатомиздат, 1984.
Р.М. Терещук, К.М. Терещук, С.А. Седов. Полупроводниковые приемно-усилительные устройства. –К.: Наукова думка, 1982.
Дыкин А. В., Овечкин Ю. А. Электронные и полупроводниковые приборы. Изд-во «Энергия», М., 1971.
Гершунский Б. С. и др. Справочник по основам электронной техники. Изд-во Киевского университета, 1972.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора