Страницу Назад
Поискать другие аналоги этой работы
1400 Лабораторная работа №2 по дисциплине: Элементная база телекоммуникационных систем. 2-й семестр. Вариант №09ID: 212692Дата закачки: 20 Августа 2020 Продавец: Максим (Напишите, если есть вопросы) Посмотреть другие работы этого продавца Тип работы: Работа Лабораторная Сдано в учебном заведении: ДО СИБГУТИ Описание: 1 Задание на подготовку к выполнению лабораторной работы Тема: Исследование характеристик полевых транзисторов Цель работы: Изучить статические ВАХ и другие определяющие характеристики полевых транзисторов (лекция 3) Выполнению данной работы должна предшествовать предварительная подготовка, состоящая в следующем: 1. Изучение темы и цели лабораторной работы. 2. При изучении теоретического материала в объеме материала лекций и теоретического введения обратить внимание на следующие основные вопросы: - достоинства и недостатки полевых транзисторов; - применение полевых транзисторов в элементарных схемах. Номер варианта для выполнения лабораторной работы должен выбирается по двум последним цифрам номера пароля. Варианты приведены в Приложении. 2 Теоретическое введение Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на полевом эффекте – изменение электропроводимости поверхностного слоя под действием электрического поля, направленного перпендикулярно поверхности. От биполярного транзистора полевой транзистор отличается: 1) принципом действия: в биполярном транзисторе управление выходным сопротивлением производится либо входным током, либо разностью потенциалов между входными выводами транзистора, а в полевом транзисторе - входным потенциалом затвора или электрическим полем; 2) полевой транзистор обладает большим входным сопротивлением. 3) в полевом транзисторе не происходит инжекции носителей заряда – отсюда уменьшение рекомбинационных явлений и низкий уровень шумов (особенно на низких частотах). Таким образом:  полевой транзистор (ПТ) – полупроводниковый прибор, в котором регулирование тока осуществляется изменением сопротивления проводящего канала с помощью поперечного электрического поля. Ток полевого транзистора обусловлен потоком основных носителей.  электроды полевого транзистора называют истоком (И), стоком (С) и затвором (З). Управляющее напряжение прикладывается между затвором и истоком. Полевой транзистор можно рассматривать как источник тока, управляемый напряжением затвор-исток.  по конструкции полевые транзисторы можно разбить на две группы: с управляющим p–n-переходом и с металлическим затвором, изолированным от канала диэлектриком. Принцип действия полевого транзистора с управляющим p–n-переходом основан на изменении проводимости канала за счёт изменения его поперечного сечения. Между стоком и истоком включается напряжение такой полярности, чтобы основные носители заряда (электроны в канале n-типа) перемещались от истока к стоку. Между затвором и истоком включено отрицательное управляющее напряжение, которое запирает p–n-переход. Чем больше это напряжение, тем шире запирающий слой и уже канал. С уменьшением поперечного сечения канала его сопротивление увеличивается, а ток в цепи сток – исток уменьшается. Это позволяет управлять током стока с помощью напряжения затвор-исток Uзи . При некоторой величине напряжения затвор-исток запирающий слой полностью перекрывает канал, что приводит к уменьшению проводимости канала. Напряжение Uзи, при котором перекрывается канал, называют напряжением отсечки и обозначают Uотс . Для n-канального полевого транзистора напряжение отсечки отрицательно. Входные (стоковые) характеристики у полевых транзисторов отсутствуют, так как входной ток равен нулю. Выходные характеристики полевого транзистора с управляющим p–n-переходом и каналом n-типа показаны на рис. 2.2. На выходной характеристике можно выделить три области – отсечки, линейную (триодную) и насыщения. В линейной области ВАХ представляют прямые, наклон которых зависит от напряжения затвор-исток Uзи. Минимальное сопротивление канала достигается, когда напряжение Uзи = 0, так как проводящая часть канала в этом случае имеет наибольшее сечение. Таким образом, в линейной области полевой транзистор можно использовать как резистор, сопротивление которого регулируется напряжением затвора. Рисунок 2.2 - Выходные характеристики полевого транзистора с управляющим p–n-переходом и каналом n-типа показаны В области насыщения ветви выходной характеристики расположены почти горизонтально. Это объясняется тем, что при увеличении напряжения сток-исток Uси область перекрытия канала вблизи стока расширяется и сопротивление канала увеличивается. В области насыщения полевой транзистор удобно моделировать передаточной характеристикой – зависимостью тока стока IС от напряжения затвор-исток Uзи при постоянном напряжении сток-исток: . (2.1) Передаточная (сток – затворная) характеристика n-канального полевого транзистора с управляющим p–n-переходом показана на рис. 2.3. При нулевом напряжении на затворе ток стока имеет максимальное значение, которое называют начальным I с нач . При увеличении напряжения затвор-исток ток стока уменьшается и при напряжении отсечки Uотс становится близким к нулю. Рисунок 2.3 - Передаточная характеристика n-канального полевого транзистора с управляющим p–n-переходом ВАХ полевого транзистора на участке, соответствующем линейному режиму, аппроксимируется выражением (2.2). . (2.2) В режиме насыщения можно использовать формулу (2.4). . (2.4) Поведение p-канальных полевых транзисторов описывается такими же уравнениями. Следует учесть только, что для p-канальных ПТ напряжения имеют другую полярность, т. е. Uотс > 0, а Uси < 0. Важным параметром полевого транзистора является крутизна характеристики, определяемая как отношение приращения тока стока Δ с I к приращению напряжения затвор-исток ΔUзи : , (2.5) где , (2.6) . (2.7) МОП – транзистор с индуцированным каналом (МДП) характеризуется тем, что канал возникает только при подаче на затвор напряжения определенной полярности. При нулевом напряжении канал отсутствует. При этом между стоком и истоком включены два обратно смещенных p– n-перехода. Один p–n-переход образуется на границе между подложкой и стоком, а другой – между подложкой и истоком. Таким образом, при нулевом напряжении на затворе сопротивление между стоком и истоком очень велико, ток стока ничтожно мал и транзистор находится в состоянии отсечки. Удельная крутизна МДП – транзистора определяется по формуле (2.8). , (2.8) где µ– приповерхностная подвижность носителей, C0 – удельная емкость затвор-канал, L – длина, W – ширина канала. Если напряжение сток-исток мало, как часто бывает в импульсных и ключевых схемах, то выходная характеристика, соответствующая линейному режиму, аппроксимируется выражением (2.9). . (2.9) Величину b(Uзи - U0) - называют проводимостью канала, а обратную величину – сопротивлением канала. Таким образом, при малых напряжениях сток-исток МДП - транзистора эквивалентен линейному резистору, сопротивление которого регулируется напряжением затвора. Передаточная характеристика МОП – транзистора с индуцированным каналом представлена на рисунке 2.4. Рисунок 2.4 - Передаточная характеристика МОП - транзистора с индуцированным каналом МОП – транзистор в строенным каналом n – типа при нулевом напряжении на затворе имеет ненулевое значение, называемое начальным I с нач. Если Uзи > 0 , число электронов в канале увеличивается. Это приводит к увеличению проводимости канала. Такой режим работы транзистора с встроенным каналом, при котором концентрация носителей в канале больше равновесной, называют режимом обогащения. Передаточная характеристика МОП – транзистора с встроенным каналом представлена на рисунке 2.5. Рисунок 2.5 - Передаточная характеристика МОП - транзистора с встроенным каналом Пример определения крутизны полевого транзистора по передаточной (стоко – затворной) характеристике представлен на рисунке 2.6. Рисунок 2.6 – Определение крутизны транзистора с n-каналом по передаточной характеристике Методика определения крутизны полевого транзистора: Выбирается произвольная точка О на линейном участке ВАХ при =0.5 . 1. В выбранной точке строится касательная к графику ВАХ. 2. На касательной строится произвольный прямоугольный треугольник, например ACB. 3. Крутизна характеристики S определяется как отношение длин катетов CA и BC: У полевых транзисторов выходное дифференциальное сопротивление показывает влияние напряжения сток - исток Uси на выходной ток транзистора Iс. Оно определяется по наклону стоковой характеристики на участке насыщения. Методика определения дифференциального выходного сопротивления представлена ниже: 1. Выбирается произвольная точка О на произвольной ветви выходных ВАХ в области насыщения токов. 2. В выбранной точке строится касательная к графику ВАХ. 3. На касательной строится произвольный прямоугольный треугольник, например ACB. 4. Дифференциальное сопротивление определяется как отношение длин катетов CA и BC: , (2.10) где , (2.11) . (2.12) Рисунок 2.4 – Определение выходного дифференциального сопротивления 3 Задание на выполнение лабораторной работы 3.1 Расчетная часть работы 1. Рассчитать основные параметры и построить сток – затворную и выходную (стоковую) характеристики полевого транзистора. 2. По графику сток-затворной характеристики определить дифференциальную крутизну S, по графику выходных (стоковых) ВАХ определить дифференциальное выходное сопротивление , используя методические указания раздела 2. 3.2 Экспериметальная часть работы 1. Исследовать семейства проходных (сток-затворных) и выходных (стоковых) ВАХ полевого транзистора (тип транзистора выбирается из Приложения А в соответствии с вариантом) используя измерительные схемы рисунков Б.6 и Б.7.(в зависимости от типа транзистора). Исследования проводить по методическим указаниям раздела 4. 2. По полученным данным построить графические характеристики в одних осях с характеристиками, полученными по расчетам (3.1). 3. Рассчитать крутизну характеристики и дифференциальное сопротивление. 4 Рекомендации к выполнению исследований 4.1 Расчетная часть 4.1.1 Расчет характеристик транзисторов с управляющим p-n переходом Выбрать тип (марку) полевого транзистора с управляющим p-n переходом из Приложения А. Выписать параметры исследуемого транзистора, используя ресурсы Internet: a) , mA - максимально допустимого постоянного ток стока; b) , В - предельно допустимого напряжения между стоком и истоком; c) , В - предельно допустимого напряжения между затвором и истоком; d) , В – напряжения отсечки для ПТУП-транзистора или МДП-транзистора со встроенным каналом; e) ,В – порогового напряжения для МДП-транзистора с индуцированным каналом; Занести значения и марку выбранного транзистора в таблицу 4.1. Таблица 4.1 – Характеристики транзистора Марка транзистора (тип канала) Motorola BF256C Параметры Ед.изм. mA B B B B Количественные значения 18 30 30 Построить статическую стоко - затворную характеристику транзистора при 2-х фиксированных рекомендуемых значениях =const, вычисляемых по выражениям в первой строке таблицы 4.2. Таблица 4.2 – Семейство стоко-затворных характеристик транзистора с управляющим p-n переходом № , В ,В ,В (рассчитанные значения) =0.01 ,B = 0.5 ,В (рассчитанные значения) (рассчитанные значения) , mA , mA 1. 0.95 2. 0.75 3. 0.5 4. 0.25 5. 0 - вычислить IС по формуле (2.2) и записать данные таблицу 4.2; - построить семейство сток-затворных ВАХ. 4.1.2 Расчет характеристик МДП-транзисторов с индуцированным каналом Выбрать тип (марку) полевого транзистора с индуцированным каналом из Приложения А. Выписать параметры исследуемого транзистора, используя ресурсы Internet: a) , mA - максимально допустимого постоянного ток стока; b) , В - предельно допустимого напряжения между стоком и истоком; c) , В - предельно допустимого напряжения между затвором и истоком; d) , В – напряжения отсечки для ПТУП-транзистора или МДП-транзистора со встроенным каналом; e) ,В – порогового напряжения для МДП-транзистора с индуцированным каналом; Занести значения и марку выбранного транзистора в таблицу 4.3. Таблица 4.3 – Характеристики транзистора с индуцированным каналом Марка транзистора (тип канала) Philips bsv 81 Параметры Ед.изм. mA B B B B Количественные значения Построить статическую стоко - затворную характеристику транзистора при 2-х фиксированных рекомендуемых значениях =const, вычисляемых по выражениям в первой строке таблицы 4.3: - вычислить IС по формуле (2.8) и (2.9) и записать данные таблицу 4.4; - построить семейство сток-затворных ВАХ. Таблица 4.4 – Семейство стоко – затворных характеристик транзистора с индуцированным каналом № , В ,В b ,В (рассчитанные значения) =0.01 ,B =0.5 ,B (рассчитанные значения) (рассчитанные значения) , mA , mA 1. 2. 2 3. 3 4. 0.5 5. 0.95 4.2 Экспериментальнавя часть 4.2.1Исследование ВАХ транзисторов с управляющим p-n переходом 1. Собрать измерительную схему рисунка Б.6, для исследования семейств сток-затворных и стоковых характеристик (на рисунке приведён пример измерительной схемы для транзистора с n-каналом). Если по варианту требуется исследовать транзистор с p-n переходом с p-каналом, то схему рисунка Б.6 необходимо исправить так, чтобы полярности подключения источников и , а также подключение измерительных приборов соответствовали нормальному включению ПТУП-транзистора. То есть p-n переход между затвором и истоком должен быть смещён источником в обратном направлении, а основные носители заряда в канале должны течь под действием от истока к стоку. 2. Исследовать семейство статических сток-затворных характеристик ПТУП-транзистора при 2-х фиксированных рекомендуемых значениях =const, вычисляемых по выражениям в первой строке таблицы 4.5. Для исследования каждой ветви ВАХ выполнить следующие действия: - установить значение источника в соответствии с очередным значением ; - вычислить по выражениям во 2-м столбце таблицы 4.5 рекомендуемые значения и зафиксировать их во 2-м столбце таблицы 4.5 в отчёте; - с помощью источника установить вычисленные выше значения ; - для каждого установленного измерить по амперметру А1 ток стока и зафиксировать в таблицу 4.5; Выполнить вышеуказанные действия для обоих указанных в таблице значений . По измеренным значениям построить семейство сток-затворных ВАХ ПТУП в одних с осях с расчетными характеристиками. Таблица 4.5 – Семейство стоко – затворных характеристик транзистора с управляющим p-n переходом № ,В =0.01 ,B = 0.5 ,В S , mA , mA 1. 0.95 2. 0.75 3. 0.5 4. 0.25 5. 0 По графику сток-затворной характеристики определить дифференциальную крутизну S, используя методические указания раздела 2. 3. Исследовать семейство статических стоковых ВАХ ПТУП-транзистора при 4-х фиксированных рекомендуемых значениях =const, вычисляемых по выражениям в первой строке таблицы 4.6. Для исследования каждой ветви ВАХ выполнить следующие действия: - с помощью источника установить очередное рекомендуемое значение , определяемое по выражению первой строки таблицы 4.6; - вычислить по рекомендуемым выражениям в соответствующем столбце таблицы 4.6 рекомендуемые значения и зафиксировать их в том же столбце таблицы 4.6 в отчёте; - с помощью источника установить вычисленные значения ; - для каждого установленного значения измерить ток стока по амперметру А1 и зафиксировать в таблицу 4.6. Повторить вышеуказанные действия для всех указанных в таблице значений . По измеренным значениям построить график семейства стоковых (выходных) ВАХ. Таблица 4.6 - Семейство выходных ВАХ ПТУП-транзистора UЗИ,1= 0.9UЗИОТС,В UЗИ,2= 0.5UЗИ ОТС,В UЗИ,3= 0.1UЗИ ОТС,В UЗИ,4= 0 В rвых UСИ,В IC, mA UСИ,В IC, mA UСИ,В IC, mA UСИ,В IC, mA 0.1(Uзи отс-Uзи,1) 0.1(Uзи отс-Uзи,2) 0.1(Uзи отс-Uзи,3) 0.1(Uзи отс-Uзи,4) 0.5( Uзи отс-Uзи,1) 0.5(Uзи отс-Uзи,2) 0.5(Uзи отс-Uзи,3) 0.5(Uзи отс-Uзи,4) Uзи отс-Uзи,1 Uзи отс-Uзи,2 Uзи отс-Uзи,3 Uзи отс-Uзи,4 0.5Ucи max 0.5Ucи max 0.5Ucи max 0.5Ucи max 0.8Ucи max 0.8Ucи max 0.8Ucи max 0.8Ucи max По графику выходных (стоковых) ВАХ определить дифференциальное выходное сопротивление , используя методические указания раздела 2. 4.2.2 Исследование ВАХ МДП-транзисторов с индуцированным каналом 1. Собрать измерительную схему, приведенную на рисунке Б.7, для исследования семейств сток-затворных и стоковых ВАХ МДП-транзисторов с индуцированным каналом (на рисунке Б.7 приведён пример измерительной схемы для МДП транзистора с индуцированным n-каналом). Если требуется исследовать транзистор с p-каналом, то схему рисунка Б.7 необходимо исправить так, чтобы полярности подключения источников и , а также подключение измерительных приборов соответствовали нормальному включению МДП-транзистора. То есть поле затвора, создаваемое , должно притягивать из подложки носители заряда, совпадающие по знаку с носителями заряда канала, а основные носители заряда в канале должны течь под действием от истока к стоку. 2. Исследовать семейство статических сток-затворных ВАХ МДП-транзистора с индуцированным каналом при двух фиксированных рекомендуемых значениях =const, вычисленных по выражениям в первой строке таблицы 4.7. Результаты измерений занести в таблицу 4.7. По измеренным значениям построить график сток-затворных (проходных) ВАХ транзистора в одних с осях с расчетными характеристиками. 3. Исследовать семейство статических стоковых ВАХ МДП-транзистора с индуцированным каналом при 4-х фиксированных рекомендуемых значениях =const, вычисленных по выражениям в первой строке таблицы 4.8. Результаты измерений занести в таблицу 4.8. По измеренным значениям построить график семейства стоковых (выходных) ВАХ. Таблица 4.7 – Семейство проходных ВАХ МДП-транзистора с индуцированным каналом. № ,В =0.01 ,B =0.5 ,B , mA , mA 1. 2. 2 3. 3 4. 0.5 5. 0.95 Таблица 4.8 – Семейство выходных ВАХ МДП-транзистора с индуцированным каналом. UЗИ,1= 1.1UЗИ пор,В UЗИ,2= 2UЗИ пор,В UЗИ,3= 3UЗИ пор,В UЗИ,4=4UЗИ пор,В UСИ,В IC, mA UСИ,В IC, mA UСИ,В IC, mA UСИ,В IC, mA 0.1(Uзи,1-Uзи пор) 0.1(Uзи,2-Uзи пор) 0.1(Uзи,3-Uзи пор) 0.1(Uзи,4-Uзи пор) 0.5(Uзи,1-Uзи пор) 0.5(Uзи,2-Uзи пор) 0.5(Uзи,3-Uзи пор) 0.5(Uзи,4-Uзи пор) Uзи,1-Uзи пор Uзи,2-Uзи пор Uзи,3-Uзи пор Uзи,4-Uзи пор 0.5Ucи max 0.5Ucи max 0.5Ucи max 0.5Ucи max 0.8Ucи max 0.8Ucи max 0.8Ucи max 0.8Ucи max Комментарии: Лабораторная работа 2 30.07.2020 30.07.2020 Зачет Уважаемый , лабораторная работа зачтена. Елистратова Ирина Борисовна Размер файла: 363,5 Кбайт Фаил: 
(.zip)
------------------- Обратите внимание, что преподаватели часто переставляют варианты и меняют исходные данные! Если вы хотите, чтобы работа точно соответствовала, смотрите исходные данные. Если их нет, обратитесь к продавцу или к нам в тех. поддержку. Имейте ввиду, что согласно гарантии возврата средств, мы не возвращаем деньги если вариант окажется не тот. -------------------
Скачано: 2 Коментариев: 0 |
||||
Есть вопросы? Посмотри часто задаваемые вопросы и ответы на них. Опять не то? Мы можем помочь сделать! |
||||
Вход в аккаунт:
Страницу Назад
Cодержание / Элементная база телекоммуникационных систем / Лабораторная работа №2 по дисциплине: Элементная база телекоммуникационных систем. 2-й семестр. Вариант №09