Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Методичні вказівки до лабораторної роботи № 6
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Управління інформацією
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2013
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Компонентна база засобів технічного захисту інформації
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
МОДЕЛЮВАННЯ ХАРАКТЕРИСТИК І ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ ПОЛЬОВИХ ТРАНЗИСТОРІВ
Методичні вказівки до лабораторної роботи № 6
з навчальної дисципліни:
“Компонентна база засобів технічного захисту інформації”,
для студентів базових напрямків
6.170102 “Системи технічного захисту інформації”
6.170103 “Управління інформаційною безпекою”
Затверджено
на засіданні кафедри
(Захист інформації(
Протокол № 8
від 12 грудня 2013 р.
Львів – 2013
Моделювання характеристик і визначення параметрів польових транзисторів: Методичні вказівки до лабораторної роботи №5 з дисципліни: “Компонентна база засобів технічного захисту інформації” /Укл.: Кеньо Г.В. ( Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2013. ( 20 с.
Рецензент: проф., д.т.н. Хома В.В.
Відповідальний за випуск:
проф., д.т.н. Дудикевич В.Б.
1. Мета роботи
Ознайомитися з особливостями роботи польового транзистора з керувальним р-п-переходом, МДН-транзисторів з індукованим та вбудованим каналами, промоделювати їх стокові та стоково-затворні характеристики, визначити їх параметри.
2. Завдання
За допомогою графічного редактора системи схемотехнічного моделювання MicroCap 8 ознайомитись з моделями польових транзисторів. Отримати та дослідити вольт-амперні характеристики, визначити параметри польових транзисторів.
3. Теоретичні відомості
Польові транзистори (ПТ) (канальні або уніполярні) – це транзистори, в яких керування струмом відбувається шляхом зміни електропровідності каналу з допомогою електричного поля, яке направлене перпендикулярно до напрямку протікання струму. Головною перевагою польових транзисторів є високий вхідний опір, значення якого може навіть перевищувати вхідний опір електронних ламп.
Польовий транзистор (канальний, або уніполярний транзистор) має три напівпровідникові ділянки одного і того ж типу провідності, які називають витоком („В”), стоком („С”) і каналом, а також керувальний електрод – затвор („З”). У польовому транзисторі використовується рух носіїв заряду тільки одного знаку (основних носіїв), які з витоку через канал рухаються до стоку. Електричне поле, яке виникає за наявності напруги між затвором і стоком, змінює електропровідність каналу, а, отже, і струм через канал. Це керувальне електричне поле спрямоване перпендикулярно до руху носіїв у каналі, тобто є поперечним. Воно формується і змінюється малопотужними інформаційними сигналами. Носії в каналі рухаються від витоку до стоку під дією поздовжнього електричного поля, яке створюється між витоком та стоком при під’єднанні джерела живлення.
Всі польові транзистори за своїми конструктивними особливостями поділяються на дві групи:
з керувальними переходами;
з ізольованим затвором (МДН- або МОН-транзистори), які, своєю чергою, поділяються на транзистори з індукованим або вбудованим каналом.
Польові транзистори розрізняють також за типом провідності каналу: транзистори з р-каналом та транзистори з n-каналом.
Характерним для всіх польових транзисторів є дуже малий струм у колі затвора, оскільки затвор або утворює з каналом випрямний перехід, увімкнений у зворотному напрямку, або є ізольованим від каналу тонким шаром діелектрика. Затвор в електронних схемах зазвичай є вхідним електродом, тому польові транзистори мають великий вхідний опір, що зумовлює керування таким приладом не струмом (як у біполярних транзисторах), а напругою.
Умовні позначення польових транзисторів подані на рис.1.
а б в г д е
Рис.1. Умовні позначення польових транзисторів:
І – з керувальним р-n–переходом і каналом р-типу (а), каналом п-типу (б);
ІІ – з ізольованим затвором та індукованим каналом р-типу (в), п-типу (г);
ІІІ –з ізольованим затвором та вбудованим каналом р-типу (д), п-типу (е).
Польовий транзистор з керувальним переходом – це польовий транзистор, у якому керування потоком основних носіїв заряду здійснюється за допомогою випрямного електричного переходу, зміщеного у зворотному напрямку.
На рис.2 схематично зображено конструкцію польового транзистора з двома р-n-переходами і схему його вмикання.
а б в
Рис.2. Схематичне зображення конструкції польового транзистора з керувальним р-n-переходом і каналом п-типу і схема його вмикання (а); та його статичні вольт-амперні характеристики: стік-затворна (б); вихідні (в)
Канал являє собою тонкий шар напівпровідника, обмежений з двох боків електронно-дірковими переходами. Увімкнення каналу в електричне коло забезпечується за допомогою омічних контактів (п+) електродів стоку та витоку. Це коло живиться від джерела EСВ, і в нього ввімкнене навантаження RН. Уздовж транзистора протікає початковий струм основних носіїв (електронів). Затвор З під’єднаний до області р-типу. Джерело живлення вхідного кола ЕЗВ створює на р-п-переході транзистора зворотну напругу (напругу іншої полярності, тобто пряму напругу, на п-р-перехід не подають). У вхідне коло ввімкнене джерело підсилюваних коливань Uвх.
Величина струму в каналі залежить від напруги UСВ, прикладеної між стоком та витоком, опору навантаження та опору каналу. За незмінних значень UСВ та RН струм у каналі ІС (струм стоку) залежить тільки від ефективної площі поперечного перерізу каналу.
Джерело ЕЗВ створює зворотну напругу на р-п-переході, внаслідок чого збільшується ширина р-п-переходу і зменшується переріз струмопровідного каналу. Зі зменшенням перерізу каналу збільшується опір між витоком та стоком і знижується величина струму ІС. Зі зменшенням напруги на затворі збільшується переріз каналу, зменшується його опір, і збільшується струм ІС. Якщо під’єднати послідовно з джерелом живлення ЕЗВ джерело підсилюваної змінної напруги Uвх, то можна змінювати струм через канал за законом зміни вхідної напруги. Струм стоку, протікаючи через опір навантаження RН, створює на ньому спад напруги, який змінюється за законом зміни Uвх.
Польовий транзистор має великі вхідний та вихідний опори. Тому статичні характеристики досліджуються як залежності від напруг. Вхідна характеристика із-за дуже малого струму (зворотного струму р-п-переходу) не використовується із-за відсутності інформативності. Для оцінки ПТ як активного елемента електронних схем використовують дві сім’ї статичних характеристик – характеристики керування (стік–затворні) та вихідні (стокові). На рис.2,б.в подані статичні характеристики ПТ з керувальним р-п-переходом.
Стік–затворні характеристики відображають залежність струму стоку від напруги на затворі за різних напруг на стоці (рис.2,б):
ІС=f(UЗВ), якщо UСВ=const. (1)
Якщо UЗВ=0, канал не перекривається, його поперечний переріз має максимальне значення, а струм стоку за наявності напруги між витоком та стоком має максимальне значення ІСmax. Зі збільшенням зворотної напруги на переходах (UЗВ) області просторового заряду переходів розширюються, зменшуючи переріз каналу, і струм стоку зменшується. За напруги відсікання UЗВ відс канал перекривається, струм стоку припиняється (ІС =0), витік та стік стають ізольованими один від одного.
Вихідні характеристики (рис.2,в) відображають залежність струму стоку від напруги на стоці відносно витоку за різних постійних напруг на затворі:
ІС=f(UСВ), якщо UЗВ=const. (2)
Якщо UЗВ=0, то при збільшенні додатної напруги UСВ на стоці струм ІС буде наростати. Спочатку залежність ІС=f(UСВ) буде майже лінійною (ділянка 0А). Однак, зі зростанням ІС збільшується спад напруги на каналі, збільшується зворотне зміщення для р-п-переходів (особливо поблизу стоку), що веде до звуження перерізу струмопровідного каналу і сповільнення зростання струму ІС. За деякої напруги на стоці UСВ нас (напруги насичення) поперечний переріз каналу біля стоку досягає мінімального значення (точка В). Подальше збільшення UСВ практично не викликає збільшення струму стоку, а мінімальний переріз каналу автоматично підтримується на деякому рівні. Формується полога ділянка вихідних характеристик (ділянка ВС). Діапазон напруг, якому відповідає полога ділянка ВАХ, відповідає режиму насичення. Якщо UЗВ=0, значення напруги насичення дорівнює значенню напруги відсікання UЗВ відс.
Польовий транзистор з ізольованим затвором – це польовий транзистор, що має один або декілька затворів, електрично ізольованих від провідного каналу. Оскільки ізолювальним шаром між напівпровідником та металевим затвором є діелектрик, то такі транзистори називаються МДН-транзисторами (рис.3, 4). У випадку, коли ізолювальним шаром є диоксид кремнію, МДН-транзистор називають МОН-транзистором.
Основою МДН-транзистора служить кремнієва пластина (підкладка) з електропровідністю р-типу. Області витоку та стоку являють собою високолеговані ділянки кремнію з електропровідністю п+-типу. На поверхні кремнію, між областями витоку та стоку, формується тонкий діелектричний шар, на який зверху наноситься металева плівка і формується вивід затвору. Діелектрик між затвором і поверхнею кремнію між витоком та стоком запобігає протіканню струму в колі затвора за будь-якої полярності напруги на затворі.
Існують два різновиди МДН-транзисторів: з індукованим каналом та з вбудованим каналом.
В МДН транзисторах з індукованим (наведеним) каналом (рис.3,а) провідний канал між сильнолегованими ділянками витоку та стоку, а тому і струм стоку, з’являються лише за умови подавання на затвор визначеного значення напруги відносно стоку, яку називають пороговою напругою (UЗВ пор). У МДН-транзисторах з наведеним каналом, якщо немає напруги на затворі, струм стоку дорівнює нулю за будь якого значення і полярності напруги між витоком та стоком. Це зумовлено тим, що між витоком та стоком сформовано два р-n-переходи, увімкнені назустріч один одному. Один з них завжди обмежує струм стоку на рівні зворотного струму р-n-переходу.
Струм стоку не зміниться, якщо на затвор транзистора зі структурою n+-p-n+ (рис.5.5,а) подати від’ємну напругу. За такої полярності напруги UЗВ основні носії заряду (дірки) притягуються з підкладки до приповерхневого шару, але це не змінює структуру приладу. Два р-n-переходи залишаються увімкненими зустрічно.
Якщо на затвор відносно витоку подається позитивна напруга (для транзисторів з n-підкладкою – негативна), то основні носії заряду р-підкладки (дірки) виштовхуються з приповерхневого шару під затвором, а неосновні (електрони), навпаки – притягуються. За деякої додатної напруги на затворі (порогової напруги) у приповерхневому шарі між витоком та стоком електронів стає більше ніж дірок, тобто відбувається інверсія провідності. У результаті формується тонка ділянка інверсного шару, яка називається каналом, товщина і питома провідність якого збільшуються зі зростанням напруги на затворі. Сильнолеговані n+-ділянки витоку та стоку з’єднуються n-каналом, що забезпечує появу струму стоку.
а б в
Рис.3. Структура та схема увімкнення МДН-транзистора з індукованим каналом п-типу (а); та його статичні вольт-амперні характеристики: стік-затворна (б); вихідні (в)
Як і в ПТ з керувальним р-n-переходом, залежність струму стоку від напруги на затворі відображає його стік–затворна характеристика (рис.3,б), а залежність струму стоку від напруги між стоком та витоком – сім’я вихідних характеристик за різних постійних значень напруги між затвором та витоком (рис.3,в).
Вихідні характеристики МДН-транзистора подібні до вихідних характеристик польового транзистора з керувальним р-п-переходом. Це пояснюється тим, що при зростанні напруги UСВ від нуля спочатку діє закон Ома, і струм зростає приблизно пропорційно напрузі, а потім, за деякої напруги UСВ, канал починає звужуватися, особливо біля стоку. Оскільки на р-п-переході між каналом і кристалом зростає зворотна напруга, область цього переходу, збіднена носіями, розширюється, і опір каналу збільшується. Таким чином, струм стоку витримує два взаємно протилежних впливи: від збільшення UСВ струм повинен зростати згідно із законом Ома, але від збільшення опору каналу струм зменшується. У результаті струм стоку залишається майже незмінним до такого значення напруги UСВ, за якого наступає електричний пробій.
У випадку, якщо кристал має електропровідність n-типу, канал повинен бути р-типу, і полярність напруг необхідно змінити на протилежні.
У МДН-транзисторах з вбудованим (власним) каналом (рис.4,а) біля поверхні напівпровідника під затвором за нульової напруги на затворі відносно витоку існує інверсний шар – канал, який з’єднує витік зі стоком. Канал між витоком та стоком створюється штучно (легуванням) або виникає природно внаслідок контактних явищ на межі розділу діелектрик – напівпровідник. Тип провідності каналу збігається з типом провідності витоку та стоку. Сильнолеговані n+-ділянки витоку та стоку з’єднуються n-каналом, що забезпечує наявність початкового струму стоку. Залежність струму стоку від напруги на затворі відображає його стік–затворна характеристика (рис.4,б).
а б в
Рис.4. Структура та схема увімкнення МДН-транзистора з вбудованим каналом п-типу (а); та його статичні вольт-амперні характеристики: стік-затворна (б); вихідні (в)
При подаванні на затвор напруги, від’ємної відносно витоку, у каналі створюється поперечне електричне поле, під впливом якого електрони провідності виштовхуються з каналу в області витоку і стоку і в кристал. Канал збіднюється електронами, опір його збільшується, і струм стоку зменшується. Чим більша від’ємна напруга на затворі, тим менший цей струм. Такий режим транзистора називають режимом збіднення.
Якщо ж на затвор подати додатну напругу, то під дією поля, створеного цією напругою, з областей витоку і стоку, а також з кристала в канал будуть надходити електрони; провідність каналу при цьому збільшується, і струм стоку зростає. Цей режим називають режимом збагачення.
Стік–затворні характеристики (характеристики передачі) виходять з точки на осі абсцис, яка відповідає напрузі відсікання UВС відс, тобто напрузі між затвором та витоком МДН-транзистора із вбудованим каналом, що працює в режимі збіднення, за якої струм стоку досягає заданого низького значення.
Таким чином, транзистор з вбудованим каналом може працювати як у режимі збіднення, так і в режимі збагачення. Це наочно показують його вихідні (стокові) характеристики, зображені на рис.4,в.
Оскільки МДН-транзистори з вбудованим каналом можуть працювати як в режимі збіднення, так і в режимі збагачення, а транзистори з індукованим каналом лише в режимі збагачення, то перші називають транзисторами збідненого типу, а другі – збагаченого.
Польові транзистори характеризуються такими основними параметрами:
S ( крутість, яка характеризує керувальні властивості затвору; значення крутості складає декілька міліамперів на вольт (мА/В);
rвих ( вихідний опір ( це опір між стоком і витком для змінного струму; значення rвих досягає сотень кілоом;
ІС макс ( максимальний струм стоку при UЗВ=0 для ПТ з керувальним р-п-переходом;
Uвідс ( напруга відсікання – напруга, за якої струм стоку дорівнює нулю для ПТ з керувальним р-п-переходом або МДН-транзисторів з вбудованим каналом;
Uпор ( порогова напруга – напруга, за якої з’являється струм стоку для МДН-транзисторів з індукованим каналом;
СЗВ ( вхідна ємність, ємність між затвором і витоком; складає одиниці пФ;
СЗС ( прохідна ємність, це ємність між затвором і стоком; переважно є меншою від вхідної ємності;
СВС ( вихідна ємність, це ємність між витоком і стоком; зазвичай має найменше значення;
ІЗ ( струм втрат затвору.
4. Порядок виконання роботи
В системі схемотехнічного моделювання Micro-Cap8 (MC8) вибрати польовий транзистор з керувальним р-n–переходом J1 типу 2N5640 та ознайомитись з його параметрами.
Порівняти вихідні характеристики різних типів транзисторів та їх струми стоку.
За допомогою системи MC8 синтезувати схему для дослідження вольт-амперних характеристик польового транзистора з керувальним р-n–переходом (рис.5,а). Використати джерела постійної напруги типу Battery V1=4 В i V2=20 В.
а б
Рис.5. Схеми дослідження ВАХ польового транзистора з керувальним р-n–переходом і каналом n-типу (а); та(польового транзистора з ізольованим затвором (МОН-транзистора) з індукованим каналом п-типу (б)
Отримати стік-затворну характеристику транзистора IС=f(UЗВ), якщо UСВ=const, та сім’ю вихідних характеристик IС=f(UСВ), якщо UЗВ=const.
За допомогою системи MC8 синтезувати схему для дослідження ВАХ польового транзистора з ізольованим затвором М1 типу 2P912A (рис.5,б). Використати джерела постійної напруги типу Battery V1=5 В i V2=20 В.
Отримати стік-затворну характеристику транзистора IС=f(UЗВ), якщо UСВ=const, та сім’ю вихідних характеристик IС=f(UСВ), якщо UЗВ=const.
Порівняти вихідні характеристики та струми стоку для різних типів МОН-транзисторів
Визначити вихідний диференціальний опір, напругу відсікання та крутість характеристики польових транзисторів з керувальним р-n–переходом та з ізольованим затвором.
5. Методичні вказівки
5.1. Моделі польових транзисторів з керувальним р-n–переходом
Польові транзистори з керувальним р-n–переходом в системі МС8 вибираються за допомогою таких шляхів в меню: Компоненты/ Analog Primitives/Active Devices/NJFET (або PJFET) (рис.6), або Компоненты/ Analog Library/JFET. Далі в підменю потрібно вибрати потрібний тип транзистора.
Рис.6. Вікно вибору Компоненты для вибору польових транзисторів з керувальним р-п-переходом
В атрибуті Part задається ім’я транзистора у схемі, в атрибуті Model вказується ім’я моделі транзистора, яку можна вибрати з каталогу справа.
Список параметрів повної математичної моделі польового транзистора з керувальним р-n–переходом вказаний у табл..1.
Таблиця 1. Параметри моделі польового транзистора з керувальним р-n–переходом
Позначення
Параметр
Значення за замовчуванням
Одиницявимірю-вання
VTO
Порогова напруга
–2
В
BETA
Коефіцієнт пропорційності (питома передавальна провідність)
1E-4
А/В2
LAMBDA
Параметр модуляції довжини каналу
0
1/В
IS
Струм насичення р-n-переходу затвор-канал
1E-14
А
RD
Об’ємний опір області стоку
0
Ом
RS
Об’ємний опір області витоку
0
Ом
CGD
Ємність переходу затвор-стік при нульовому зміщенні
0
Ф
CGS
Ємність переходу затвор-витік при нульовому зміщенні
0
Ф
M
Коефіцієнт плавності переходу затвор- витік
0,5
FC
Коефіцієнт нелінійності ємностей переходів при прямому зміщенні
0,5
"
PB
Контактна різниця потенціалів р-n-переходу затвора
1
В
VTOTC
Температурний коефіцієнт VTO
0
В/°С
ВЕТАТСЕ
Температурний експоненціальний коефіцієнт BETA
0
%/°С
XTI
Температурний коефіцієнт струму IS
3
—
KF
Коефіцієнт, що визначає спектральну густину флікер-шуму
0
AF
Показаник ступеня, що визначає залежність спектральної густини флікер-шуму від струму
1
T_MEASURED
Температура вимірювання
—
°С
T_ABS
Абсолютна температура
—
°С
T_REL_GLOBAL
Відносна температура
—
°С
T_REL_LOCAL
Різниця між температурою транзистора і моделі-прототипу
°С
5.2. Отримання стік-затворних та вихідних вольт-амперних характеристик польового транзистора з керувальним р-n–переходом
Синтезуємо схему, подану на рис.5,а. Вибираємо джерела живлення V1 i V2, необхідні для реалізації схеми, типу Battery і задаємо потрібні значення напруги (4 В і 20 В відповідно).
Для побудови ВАХ вибираємо в основному меню Аналіз/Передаточные характ. по постоянному току і встановлюємо опції і параметри.
Для побудови стік-затворної характеристики транзистора IС=f(UЗВ), якщо UСВ =const, необхідно встановити параметри, вказані на рис.7,а. Для отримання сім’ї вихідних характеристик IС=f(UСВ), якщо UЗВ=const, необхідно встановити параметри, вказані на рис. 7,б.
а
б
Рис.7. Вікна Анализ/передаточные характ. по постоянному току для побудови стік-затворних (а) та вихідних (б) ВАХ польового транзистора з керувальним р-п-переходом
5.3. Моделі польових транзисторів з ізольованим затвором
Польові транзистори з ізольованим затвором в системі МС8 вибираються за допомогою таких шляхів в меню: Компоненты/Analog Primitives/Active Devices/DNMOS (або DPMOS) (рис.8), або Компоненты/ Analog Library/MOSFET. Далі в підменю потрібно вибрати потрібний тип транзистора.
Рис.8. Вікно вибору Компоненты для вибору польових транзисторів з ізольованим затвором
В атрибуті Part задається ім’я транзистора у схемі, в атрибуті Model вказується ім’я моделі транзистора, яку можна вибрати з каталогу справа.
Список параметрів повної математичної моделі польового транзистора з ізольованим затвором вказаний у табл..2.
Таблиця 2. Параметри моделі польового транзистора з ізольованим затвором
Позначення
Рівень моделі LEVEL
Параметр
Значення за замовчу-ванням
Одиниця
вимірю-вання
LEVEL
Індекс рівня моделі
1
—
L
1-3
Довжина каналу
DEFL
м
W
1-3
Ширина каналу
DEFW
м
LD
1-3
Глибина області бокової дифузії
0
м
WD
1-3
Ширина області бокової дифузії
0
м
VTO
1-3
Порогова напруга при нульовому зміщенні
1
В
КР
1-3
Параметр питомої крутості
2E-5
А/В2
GAMMA
1-3
Коефіцієнт впливу потенціалу підкладки на порогову напругу
0
В1/2
PHI
1-3
Поверхневий потенціал сильної інверсії
0,6
В
LAMBDA
1,2
Параметр модуляції довжини каналу
0
1/В
RD
1-3
Об’ємний опір стоку
0
Ом
RS
1-3
Об’ємний опір витоку
0
Ом
RG
1-3
Об’ємний опір затвору
0
Ом
RB
1-3
Об’ємний опір підкладки
0
Ом
RDS
1-3
Опір втрат стік-витік
∞
Ом
RSH
1-3
Питомий опір дифузійних областей витоку і стоку
0
Ом/кв.
IS
1-3
Струм насичення р-n-переходу стік-підкладка (витік-підкладка)
1E-14
А
JS
1-3
Густина струму насичення переходу стік (витік)- підкладка
0
А/м2
JSSW
1-3
Питома густина струму насичення (на довжину периметра)
0
А/м
PB
1-3
Напруга інверсії приповерхневого шару підкладки
0,8
В
PBSW
1-3
Напруга інверсії бокової поверхні р-n-переходу
PB
В
N
1-3
Коефіцієнт неідеальності переходу підкладка-стік (витік)
1
CBD
1-3
Ємність донної частини переходу стік-підкладка при нульовому зміщенні
0
Ф
CBS
1-3
Ємність донної частини переходу витік-підкладка при нульовому зміщенні
0
Ф
CJ
1-3
Питома ємність донної частини р-n-переходу стік (витік)-підкладка при нульовому зміщенні (на площу переходу)
0
Ф/м2
CJSW
1-3
Питома ємність бокової поверхні переходу стік (витік)-підкладка при нульовому зміщенні (на довжину периметра)
0
Ф/м
MJ
1-3
Коефіцієнт, що враховує плавність донної частини переходу підкладка-стік (витік)
0,5
MJSW
1-3
Коефіцієнт, що враховує плавність бокового переходу підкладка-стік (витік)
0,33
FC
1-3
Коефіцієнт нелінійності бар’єрної ємності прямо зміщеного переходу підкладки
0,5
CGSO
1-3
Питома ємність перекриття затвор-витік (за рахунок бокової дифузії)
0
Ф/м
CGDO
1-3
Питома ємність перекриття затвор-стік на довжину каналу (за рахунок бокової дифузії)
0
Ф/м
CGBO
1-3
Питома ємність перекриття затвор-підкладка (за рахунок виходу затвору за межі каналу)
0
Ф/м
TT
1-3
Час переносу заряду через р-n-перехід
0
с
NSUB
2, 3
Рівень легування підкладки
Нема
1/см3
NSS
2,3
Густина повільних поверхневих станів на межі кремній-підзатворний оксид
Нема
1/см2
NFS
2,3
Густина швидких поверхневих станів на межі кремній-підзатворний оксид
0
1/см2
TOX
1-3
Товщина оксидної плівки
1E-7
м
TPG
2,3
Тип матеріалу затвору (+1 — легування затвору домішкою того ж типу, як і для підкладки; –1 — домішкою протилежного типу; 0 — метал)
1
XJ
2,3
Глибина металургійного переходу областей стоку і витоку
0
м
UO
2,3
Поверхнева рухливість носіїв
600
см2/В/с
UCRIT
2
Критична напруженість поля, при якій рухливість носіїв зменшується удвічі
1E4
В/см
UEXP
2
Експоненціальний коефіцієнт зниження рухливості носіїв
0
UTRA
2
Коефіцієнт зниження рухливості носіїв
0
м/с
GDSNOI
1-3
Коефіцієнт дробового шуму каналу
1
NLEV
1-3
Вибір шумового рівняння
2
VMAX
2, 3
Максимальна швидкість дрейфу носіїв
0
м/с
DELTA
2, 3
Коефіцієнт впливу ширини каналу на порогову напругу
0
T_MEASURED
1-3
Температура вимірювання
—
°С
T_ABS
1-3
Абсолютна температура
—
°С
T_REL_GLOBAL
1-3
Відносна температура
—
°С
T_REL_LOCAL
1-3
Різниця між температурою транзистора і моделі-прототипу
—
°С
5.4. Отримання стік-затворних та вихідних вольт-амперних характеристик польового транзистора з ізольованим затвором
Синтезуємо схему, подану на рис.5,б. Вибираємо джерела живлення V1 i V2, необхідні для реалізації схеми, типу Battery і задаємо потрібні значення напруги (5 В і 20 В відповідно).
Для побудови ВАХ вибираємо в основному меню Аналіз/Передаточные характ. по постоянному току і встановлюємо опції і параметри.
Для побудови стік-затворної характеристики транзистора IС=f(UЗВ), якщо UСВ =const, необхідно встановити параметри, вказані на рис.9,а. Для отримання сім’ї вихідних характеристик IС=f(UСВ), якщо UЗВ=const, необхідно встановити параметри, вказані на рис.9,б.
а
б
Рис.9. Вікна Анализ/передаточные характ. по постоянному току для побудови стік-затворних (а) та вихідних (б) ВАХ польового транзистора з ізольваним затвором
5.5. Визначення параметрів польових транзисторів
Для визначення крутості характеристики на стік-затворній характеристиці (рис.9,а) будують характеристичний трикутник abc, з якого знаходять
(мА/В). (3)
На стік-затворній характеристиці визначають значення напруги відсікання Uвідс для польового транзистора з керувальним р-п- переходом або порогової напруги Uпор для п-МОН-транзистора з індукованим каналом.
а) б)
Рис.9. Стік-затворна характеристика польового транзистора (а) та сім’я стокових характеристик польового транзистора (б)
Для визначення вихідного диференціального опору на одній із вихідних характеристик (рис.9,б) будують характеристичний трикутник def, з якого знаходять
(4)
6. Вимоги до оформлення звіту
Звіт повинен містити:
1. Назву та мету роботи.
2. Постановку задачі дослідження.
3. Умовні графічні позначення польових транзисторів з керувальним р-п- переходом та каналом р- і п-типів; та МОН-транзисторів з індукованим та вбудованим каналами р- і п-типів.
4. Створені електричні схеми для дослідження ВАХ польового транзистора з керувальним р-п- переходом та п-МОН-транзистора з індукованим каналом.
5. Стік-затворні та вихідні ВАХ польового транзистора з керувальним р-п- переходом.
6. Стік-затворні та вихідні ВАХ п-МОН-транзистора з індукованим каналом.
7. Розрахунок параметрів польових транзисторів.
8. Висновки про особливості ВАХ польових транзисторів.
Контрольні запитання та завдання
Розкажіть про будову та принцип дії польового транзистора з керувальним p-n-переходом.
Намалюйте схему увімкнення польового транзистора з врахуванням полярності джерел живлення в колі затвору і стоку.
Яке умовне позначення польових транзисторів з керувальним p-n-переходом; з ізольованим затвором?
Чим пояснити високий вхідний опір польового транзистора порівняно з біполярними транзисторами?
Які носії зарядів (основні чи неосновні) беруть участь в утворенні струму стоку?
Зобразіть сім’ю вихідних характеристик польового транзистора та поясніть вплив напруги стоку та затвору на струм стоку.
Вкажіть на стоковій характеристиці її робочу область.
Намалюйте стік-затворну характеристику польового транзистора і поясніть принцип керування струмом стоку.
Назвіть основні параметри польового транзистора і способи їх визначення за статичними характеристики.
Рекомендована література
Разевиг В.Г. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap 6.- М.: Горячая линия – Телеком, 2001. – 344 с., ил.
Кардашов Г.А. Виртуальная електроника. Компьютерное моделирование аналогових устройств.- М.: Горячая линия – Телеком, 2006. – 260 с., ил.
«Електроніка та мікросхемотехніка»: Навч. посібник. Ч.1. Електроніка. / В.Б. Дудикевич, Г.В. Кеньо, І.В. Петрович – Серія «Дистанційне навчання» №52 – Львів: Видавництво НУ «Львівська політехніка», 2010. – 204 с.
Амелина М.А. Конспект лекций по курсу «Компьютерный анализ и синтез электронных устройств» Пакет программ схемотехнического анализа MicroCap-8. Смоленск. – 2006. 135 с.
Укладач: доцент кафедри захисту інформації
к.т.н. Кеньо Галина Володимирівна
30.03.2016 11:03-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора