Учебно-методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов III курса физического факультета

Порядок выполнения работы

1. 
   Запустите программу Electronics Workbench и откройте файл lab.41.ewb, содержащий схему, показанную на рис. 5. Она используется для исследования вольтамперных характеристик (ВАХ) биполярного транзистора в схеме с общей базой.
   

Схема содержит источник тока I_e, вольтметр U_eb для измерения напряжения эмиттер-база, исследуемый транзистор VT, источник питания U_k, вольтметр U_kb для контроля напряжения коллектор-база и амперметр I_k для измерения тока коллектора

Рис. 5
.
1.2. Снимите входные ВАХ I_e = f(U_eb) при фиксированных значениях U_kb путем изменения тока I_e и измерения U_eb. (U_kb = 0, 5 и 10 В).
Данные наблюдений оформить таблицей:

1.3. Снимите выходные характеристики I_k = f(U_kb) при фиксированных значениях I_e путем изменения напряжения U_kb и измерения I_k. Выполнить подобные операции для I_e = 1, 5 и 10 мА.

Данные измерений оформить в виде таблиц:

1.4. По входной характеристике I_e = f(U_eb) при U_k= 10 В определите дифференциальный коэффициент передачи эмиттерного тока по формуле и дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода по формуле .
1.5. По выходной характеристике I_k = f(U_kb) при I_э = 10 мА определите дифференциальное сопротивление коллекторного перехода по формуле .
2. Снимите ВАХ транзистора в схеме с общим эмиттером.
2.1. Откройте файл lab42.ewb со схемой, показанной на рис. 6, для снятия характеристик транзистора. Схема содержит источник тока I_e, вольтметр U_eb для измерения напряжения эмиттер-база, исследуемый транзистор VT, источник питания Е_k, вольтметр U_kе для контроля напряжения коллектор-эмиттер, сопротивление нагрузки R_k и амперметр I_k для измерения тока коллектора.
2.2 Снимите входные ВАХ I_e = f(U_eb) при фиксированных значениях E_k путем изменения тока I_e и измерения U_eb. (E_k = 0, 5 и 10 В).
Данные наблюдений оформить таблицей:




Рис. 6
2.3. Снимите зависимость , т.е. семейство выходных характеристик транзистора, для чего изменяя напряжение Е_к, фиксировать значения тока коллектора при определенных постоянных значениях тока базы (0.5, 1, 1.5, 2, 2.5mA).
Данные измерений оформить в виде таблиц:

2.4. Снять зависимость тока коллектора от изменений тока базы, т.е. , при постоянном значении напряжения . Результаты опыта занести в таблицу:

2.5. Произвести расчёт следующих параметров транзистора:

а) рассчитать величину выходного сопротивления транзистора по формуле: , используя результаты измерений или построенные графики.
б) рассчитать величину входного сопротивления транзистора по формуле: , используя результаты измерений и построенные графики семейства входных характеристик транзистор.
в) по снятой зависимости построить зависимость дифференциального коэффициента передачи тока . Расчёт величины вести по формуле: .
г) по результатам расчёта величины определить коэффициент передачи эмиттерного тока . Расчет величины вести по формуле: .
Контрольные вопросы
1. Объяснить работу полупроводникового триода. Как определяется коэффициент усиления по току?
2. При каких условиях к транзисторам применима теория линейных цепей?
3. Эквивалентная схема транзистора в области низких частот.
4. Как объяснить сильное влияние температуры на параметры транзистора? К чему может привести интенсивный перегрев транзистора?
5. Какие схемы включения транзисторов существуют?
6. Как по статическим характеристикам определить параметры транзистора?
7. Что позволяет определить нагрузочная характеристика транзистора?
8. Возможна ли работа транзистора при инверсном (обратном) включении питающих напряжений?
9. Какие виды пробоя р-n - перехода существует? При каких условиях они возникают?


Рекомендуемый библиографический список
1. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. М.,"Энергия", 1973г. (1977г.-4 издание.).
2. Жеребцов И.П. Основы электроники. Л.,"Энергоатомиздат" Ленинградское отделение, 1990г.
3. Федотов A.А. Основы физики полупроводниковых приборов. М., "Советское радио", 1963г.
4. Лэнди P., Девис Д., Альбрехт А. Справочник радиоинжене ра. М., "Тосэнергоиздат", 1961г.
5. Овечкин Ю.А. Полупроводниковые приборы. 2 издание. М., "Высшая школа", 1979 г.

6. 
   Ефимчик М. К., Шушкевич С. С. Основы радиоэлектроники. Минск. 1981г.
   

7. Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. М. «Солон-Р». 2000г.


Лабораторная работа № 5
Полевые транзисторы.


Цель работы: исследование статических характеристик и параметров полевых транзисторов.

Полевой транзистор называют также униполярным, подчеркивая тем самым, что рабочий ток в нем обуслов­лен носителями заряда одного знака. Величина этого то­ка изменяется под действием перпендикулярного к его направлению электрического поля, создаваемого вход­ным сигналом. В зависимости от физической структуры полевые транзисторы делятся на две группы: с управляющим р – п-переходом и управляемые изолированным электродом (затвором).

Рис. 1
Рассмотрим транзистор с управляющим р – п -пере­ходом. Транзистор называется п-канальным, если в ка­честве носителей тока служат электроны, и р-канальным — если дырки. В транзисторе на рис.1, а ток про­текает от истока к стоку по каналу с проводимостью п-типа, т. е. по п-каналу. Этот канал образует с р-областью управляющего электрода (затвора) р - п-переход. Приложение к этому переходу (между затвором р-типа и истоком п-типа) запирающего напряжения при­водит к расширению области пространственного заряда р - п-перехода, обедненной носителями тока. Распрост­ранение обедненной носителями области на канал при­водит к уменьшению тока исток — сток, а при некотором значении напряжения на затворе (U_от)—и к полному прекращению этого тока.
Устройство п-канального транзистора с изолирован­ным затвором поясняется на рис. 2. Затвор изолируется от канала тонким слоем диэлектрика (0,05— 0,2 мкм), в качестве которого используются окисел крем­ния (транзисторы типа МОП: металл — окисел — полу­проводник) или слоистые структуры SiО₂ — Аl₂O₃; SiO₂ — Si₃N₄ и др.

Рис. 2
Металлический затвор и полупроводниковый токовый канал образуют конденсатор. Измене­ние напряжения, приложенного к такому конденсатору, вызывает значительное перераспределение зарядов в его полупроводниковом электроде, ведущее к изменению про­водимости канала.
Канал может быть создан технологическим путем или образован подаваемым на затвор напряжением. В пер­вом случае его называют встроенным (рис. 2,6), во втором — индуцированным (рис. 2, а).

Рис. 3
Усилительные свойства полевого транзистора пол­ностью определяются семейством выходных статических характеристик, снятых в схеме с общим истоком (рис. 3). При малых напряжениях U_c исток - сток полевой транзистор работает в режиме управляемого резистора.
При больших напряжениях U_c происходит огра­ничение тока.
Основные параметры полевых транзисторов:
крутизна характеристики
 ; (1)
внутреннее сопротивление
 ; (2)
коэффициент усиления
 . (3)
Эти параметры связаны равенством
. (4)
Рабочие частоты полевых транзисторов достигают 1 ГГц, а рабочие частоты полевых транзисторов из арсенида галлия с управляющим переходом Шотки (ме­талл — полупроводник) превышают 40 ГГц.
Транзисторы с управляющим р - п-переходом обла­дают наиболее низким среди полупроводниковых прибо­ров уровнем шума в диапазоне частот от долей герц до сотен мегагерц, их входное сопротивление составляет 10⁶— 10⁹ Ом. Входное сопротивление транзисторов с изо­лированным затвором достигает 10⁹ — 10¹⁵ Ом.