Полевой эффект и его применение (стр. 17 из 19)
Глава 6 Экспериментальная часть
6.1 Стоко-затворные характеристики полевого транзистора КП303Г и его температурная зависимость
В работе исследуется транзистор КП303 с каналом n-типа. На боковую поверхность канала нанесены слои полупроводника электронной электропроводности – затвор 2. Между затвором 3 и каналом образуется р-n-переход, обедненный слой которого сосредоточен главным образом в объеме канала, выполняемого из 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 (рисунок 51).
В транзисторе с каналом n-типа на сток подается положительное напряжение, а на затвор – напряжение, при котором переход затвор-канал закрыт, и тока не проводит.
Выходной ток полевого транзистора – ток стока IС зависит от напряжения на стоке UСИ и с его ростом увеличивается. Кроме того, ток стока IС зависит от напряжения на затворе UЗ-И, которое управляет глубиной проникновения обедненного слоя 5 в объем канала, а, следовательно, его поперечным сечением.
При напряжении UСИ = 0 напряжение UЗИ вызывает уменьшение поперечного сечения канала (рис. 51 а) и увеличение его сопротивления. Появление напряжения UСИ изменяет конфигурацию обедненного слоя, причем сечение канала с приближением к стоку уменьшается, поскольку увеличивается разность потенциалов между затвором и каналом. При некотором напряжении UСИ, определенном для каждого значения напряжения UЗИ, обедненный слой смыкаются (точка А на рис.51 б) и наступает насыщение. Напряжение UСИ = UСИ нас. называют напряжением насыщения. При UЗИ=0напряжение насыщения максимально.
Рисунок 51.
Рисунок 52.
Рисунок 53.
Увеличение напряжения UСИ приводит к смещению точки А в направлении истока (рис 52,в). Ток IC поддерживается за счет впрыскивания основных носителей канала в обедненную область точно так же, как в коллекторном переходе биполярного транзистора. При дальнейшем увеличении напряжения UCИ происходит пробой и выход транзистора из строя.
Стоко-затворная характеристика полевого транзистора (рис.53 а), снимаемая при постоянном напряжении UСИ, позволяет определить напряжение отсечки UЗИ отс, при котором ток стока становится равным нулю, и начальный ток стока IС нач, протекающий через канал при UЗИ=0.
Таким образом, выходной ток полевых транзисторов в отличие от биполярных транзисторов определяется напряжением на затворе UЗИ, при этом ток затвора близок к нулю, поскольку это обратный ток p-n- перехода. Аналитически стоко-затворная характеристика выражается уравнением
IC=f(UЗИ) при UСИ=const. (61)
На рисунке (52 б) показано семейство стоковых характеристик полевого транзистора, представляющих собой ряд зависимостей тока стока IС от напряжения между стоком и истоком UСИ для ряда постоянных напряжений на затворе UЗИ:
IС=f(UСИ) при UЗИ = const. (62)
Основными параметрами полевого транзистора являются крутизна стоко-затворной характеристики S и активная выходная проводимость g22И.
Крутизна S показывает, на сколько миллиампер изменится ток стока IС при изменении напряжения на затворе UЗИ а 1В и постоянном напряжении между стоком и истоком UСИ, т.е.
S = ΔIC/ΔUЗИ при UСИ= const (63)
Этим параметром определяются усилительные свойства прибора. Обычно крутизну измеряют или рассчитывают для режима, соответствующего линейному участку стоко-затворной характеристики. Для этого строят треугольник АВС (рис 52 а), по которому находят приращение тока ΔIC и напряжения ΔUЗИ, и по формуле (63) рассчитывают крутизну S.
При изучении температурной зависимости основных параметров полевого транзистора часть установки, показанную на рисунке 53, а именно полевой транзистор КП303Г, помещали в муфельную печь. Затем, меняя температуру в печи, проводили измерения статических характеристик полевого транзистора.
Оборудование:
1. транзистор КП303Г
2. прибор комбированный цифровой Щ 4300
3. блоки питания БСП-Б
4. амперметр АВО-5М1.
5. муфельная печь
6. соединительные провода.
Таблица.1. Некоторые табличные данные для полевого транзистора КП 303Г.
| Ток стока при Ucи=10В, Uзи=0В | 3 ― 12 мА |
| Напряжение отсечки при Ucи=10В, I=10мкА | 8 В |
| Крутизна характеристики при Ucи=10В, Uзи=0В, f=50÷1500Гц | 3 ― 7 мА/В |
| Ток затвора при Ucи=10В, Uзи=0В | не более 0,1 мА |
| Коэффициент шума при Ucи=10В, Uзи=0В, f=108 Гц | не более 4 дБ |
| ЭДС при Ucи=10В, Uзи=0В, f=103Гц | не более  |
| Входная ёмкость | не более 6 Пф |
| Проходящая ёмкость | не более 2 Пф |
| Нестабильность крутизны | не более 40% |
| Среднеквадратичный заряд при Ucи=10В, Uзи=0В, С=10 Пф | не более 0,6·107 |
Таблица 2. Стоко-затворные характеристики полевого транзистора КП303Г при t=20єС.
| Напряжение затвор-исток UЗИ, В. | 0 | 0,20 | 0,40 | 0,60 | 0,80 | 1,00 | 1,50 | |
| Ток стока IС, мА,принапряжении затвор – истокUСИ, В | 51012 | 5,505,705,85 | 4,614,814,95 | 4,004,074,16 | 3,503,903,95 | 2,702,752,90 | 1,151,181,21 | 0,020,070,09 |
Таблица 3. Стоко-затворные характеристики полевого транзистора КП303Г при t=25С.
| Напряжение затвор-исток UЗИ, В. | 0 | 0,20 | 0,40 | 0,60 | 0,80 | 1,00 | 1,50 | |
| Ток стока IС, мА,принапряжениизатвор – истокUСИ, В. | 51012 | 5,305455,50 | 4,554,704,75 | 3,603,853,90 | 3,553,703,80 | 2,502,152,25 | 1,101,191,23 | 0,010,060,04 |
Таблица 4. Стоко-затворные характеристики полевого транзистора КП303Г при t=27С.
| Напряжение затвор-исток UЗИ, В. | 0 | 0,20 | 0,40 | 0,60 | 0,80 | 1,00 | 1,50 | |
| Ток стока IС, мА,принапряжениизатвор – истокUСИ, В. | 51012 | 5,105,505,56 | 4,504,704,85 | 3,853,904,00 | 3,703,603,30 | 2,301,502,50 | 1,091,201,26 | 0,010,050,08 |
Таблица 5. Стоко-затворные характеристики полевого транзистора КП303Гпри t=33єС.
| Напряжение затвор-исток UЗИ, В. | 0 | 0,20 | 0,40 | 0,60 | 0,80 | 1,20 | 1,75 | |
| Ток стока IС, мА, при напряжении затвор – исток UСИ, В. | 51012 | 4,805,005,25 | 4,004,154,30 | 3,203,453,70 | 3,003,153,50 | 2,302,502,60 | 0,571,151,40 | 0,020,080,18 |
Таблица 6. Стоко-затворные характеристики полевого транзистора КП303Г при t=40єС.
| Напряжение затвор-исток UЗИ, В. | 0 | 0,20 | 0,40 | 0,60 | 0,80 | 1,00 | 1,50 | |
| Ток стока IС, мА,принапряжениизатвор – истокUСИ, В. | 51012 | 4,154,604,71 | 3,703,904,25 | 2,903,153,30 | 2,502,302,25 | 1,851,902,30 | 1,101,351,55 | 0,100,150,25 |
Таблица 7.Стоко-затворные характеристики полевого транзистора КП303Г при t=59єС.
| Напряжение затвор-исток UЗИ, В. | 0 | 0,20 | 0,40 | 0,60 | 0,80 | 1,00 | 1,50 | |
| Ток стока IС, мА,принапряжениизатвор – истокUСИ, В. | 51012 | 4,004,254,45 | 3,154,004,30 | 2,753,003,15 | 2,102,502,80 | 1,902,152,40 | 0,801,001,25 | 00,050,150,35 |
Рисунок 54. График зависимости тока стока IC от напряжения затвор-исток UЗИ при постоянном напряжении сток -исток UСИ=5В.
Рисунок 55. График зависимости тока стока IC от напряжения затвор-исток UЗИ при постоянном напряжении сток -исток UСИ=10В.
Рисунок 56. График зависимости тока стока IC от напряжения затвор-исток UЗИ при постоянном напряжении сток -исток UСИ=12В.
Усилительные свойства прибора рассчитаем по формуле (63)
1.при t=20єС а) при UСИ=5В.
εS
, εS= 
(εS 
, 
б) при UСИ=10В.
