Физика Электроника

Лабораторные работы по электронике

Лабораторная работа № 1

Исследование полевых транзисторов

Цель работы: изучение принципов действия, измерение характеристик и определение основных параметров полевого транзистора с управляющим p-n-переходом и полевого транзистора с изолированным затвором

Краткие сведения из теории

Полевые транзисторы  представляют собой полупроводниковые приборы, в которых прохождение тока обусловлено дрейфом основных носителей заряда под действием продольного электрического поля. Управление током в полевых транзисторах осуществляется путем изменения электропроводности токопроводящего участка полупроводника поперечным электрическим полем. Это поле создается напряжением, приложенным к управляющему электроду.

Существуют два типа полевых транзисторов: с управляющим p-n-переходом и изолированным затвором структуры металл – диэлектрик - полупроводник, называемые кратко МДП–транзисторами. Вторым элементом в обозначении полевых транзисторов является буква «П», например, КП103, 2П301. Соединение фаз звездой Обмотки фаз генераторов можно было бы соединить с тремя приемниками электроэнергии шестью проводами (рис. 3.4а) и получить таким путем три независимые фазные цепи. Практически подобное соединение применяется лишь в редких случаях, но помощью такой схемы нагляднее представить условия, возникающие при объединении цепей трехфазную систему

Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом могут быть изготовлены на основе кристалла полупроводника n- или p-типа. Упрощенная структура кристалла полевого транзистора с управляющим p-n-переходом, изготовленного на основе полупроводника n-типа, показана на рис. 1.1.

Транзистор состоит из области n-типа и двух областей p-типа. Области p-типа соединяются вместе и образуют управляющий электрод, называемый  затвором (З).

На границах раздела полупроводников n- и p-типа образуются запирающие слои, которые обладают высоким сопротивлением. Область полупроводника n-типа, заключенная между p-n-переходами, называется каналом (К). Если к каналу подключить источник постоянного тока (рис. 1.1), то в канале создается продольное электрическое поле, под действием которого электроны перемещаются в канале в сторону положительного полюса подключенного источника.

Область полупроводника, от которой начинают движение основные носители заряда в канале, называется истоком (И), а область, к которой эти носители движутся, - стоком (С). Движение основных носителей заряда в канале за счет напряжения Uси приложенного к стоку относительно истока обусловливает прохождение тока стока Iс в канале и в цепи стока.

На затвор относительно истока подается напряжение Uзи, смещающее p-n-переходы затвор-канал в обратном направлении. При увеличении напряжения Uзи смещающее обратное напряжение на p-n-переходах увеличивается, запирающие слои расширяются, уменьшая при этом сечение канала. В результате этого электропроводность канала и проходящий через него ток уменьшаются. Таким образом, изменяя напряжение на затворе, можно управлять током, проходящим через канал полевого транзистора. При некотором напряжении на затворе может произойти смыкание областей объемного заряда, т.е. канал перекрывается. Напряжение на затворе (при напряжении ), приводящее к перекрытию канала называется напряжением отсечки и обозначается как Uзи отс.

Очевидно, что эффективное управление сечением канала происходит в том случае, если запирающий слой p-n-перехода располагается в основном в исходном полупроводнике. Это достигается выбором концентраций доноров и акцепторов таким образом, чтобы выполнялось условие Nа >> Nд, где Nа – концентрация акцепторов, а Nд – концентрация доноров. При выполнении этого условия глубину проникновения области объемного заряда в основной полупроводник (при напряжении ) можно определить по формуле

 

где Uк – контактная разность потенциалов; q – заряд электрона.

Поскольку в запирающем слое отсутствуют подвижные носители зарядов, ширина канала, определяющая его площадь сечения и сопротивление, находится из соотношения

  (1.1)

 

где d – расстояние между p-областями (рис. 1.1).

Когда напряжение на затворе (при напряжении ) становится равным Uзи отс, канал перекрывается,   и из уравнения (1.1) следует

   (1.2)

Равенство (1.2) позволяет оценить значение напряжения отсечки. Поскольку контактная разность потенциалов составляет десятые доли вольта, можно считать, что

  (1.3)

Используя равенства (1.1) и (1.3), можно определить ширину канала:

  (1.4)

Уравнение (1.4) связывает wк с Uзи, когда  и . При Uси > 0 в канале проходит ток стока Iс. Если рассмотреть сечение канала на расстоянии х от истока, то можно утверждать, что на участке канала от истока до сечения падает напряжение U(х), пропорциональное сопротивлению данного участка канала и току Iс. В сечении х напряжение на управляющем p-n-переходе складывается из напряжений Uзи и U(х). В этом случае вместо соотношения (1.4) для определения ширины канала следует пользоваться уравнением

  (1.5)

Напряжение U(x) при изменении x от 0 до l (l – длина канала) изменяется от 0 до Uси. Поэтому при Uси > 0 ширина запирающего слоя увеличивается, а сечение канала уменьшается при приближении к стоку (рис. 1.2). Согласно уравнения (1.5), на самом узком участке канала его ширина связана с напряжениями Uзи и Uси соотношением

   (1.6)

Таким образом, ширина канала, определяющая его сопротивление и ток стока Iс, зависит от напряжений Uзи и Uси.

Осциллографические развертки. Одновременное воздействие на электронный луч двух переменных напряжений uх и uу, приложенных соответственно к X и Y пластинам ЭЛТ, вызывает появление на экране осциллограммы в виде фигуры (или линии). Вид этой фигуры в каждом конкретном случае зависит от формы, частоты и величины каждого из приложенных к отклоняющим пластинам напряжений. При этом исследуемое напряжение, поступающее по каналу Y, представляется на экране развернутым по оси Х в соответствии с законом изменения напряжения развертки. В зависимости от формы напряжения развертки различают линейную (или пилообразную) и синусоидальную развертки. Чаще всего используется линейная периодическая развертка. Напряжение этой развертки имеет форму пилообразного импульса, т. е. нарастает прямо пропорционально времени и очень быстро уменьшается до нуля после достижения своего максимального значения (рис. 1.2). При такой развертке, в отсутствие входного сигнала, луч движется по экрану осциллографа с равномерной скоростью, достигает края экрана и мгновенно перебрасывается в начальную точку. Далее процесс периодически повторяется, и в результате луч чертит на экране трубки прямую линию. Напряжение развертки, как уже отмечалось, подается, как правило, на пластины Х, и поэтому линия развертки расположена горизонтально.

С помощью линейной непрерывной развертки удобно наблюдать непрерывные периодические импульсы с малой скважностью, т. е. когда мало отношение периода повторения импульсов Та к его длительности tи. Наблюдение же импульсов большой скважности, а также непериодических и однократных процессов осуществляют, применяя ждущую линейную развертку. При ждущей развертке ее напряжение в виде одиночного пилообразного импульса и исследуемый сигнал должны синхронно поступать на соответствующие пластины ЭЛТ, а ее длительность и скорость должны соответствовать аналогичным параметрам сигнала.

Измерение фазового сдвига с помощью осциллографа. С помощью осциллографа можно приближенно измерять фазовый сдвиг между двумя синусоидальными сигналами. Для этого используется метод линейной развертки и метод эллипса.

Метод линейной развертки. Для проведения фазовых измерений этим методом необходим двухлучевой осциллограф. Подавая сигналы uу1 и uy2, сдвиг фаз между которыми необходимо измерить, на входы Y1 и Y2 выбирают частоту развертки такой, чтобы обеспечить удобное измерение по шкале экрана осциллографа отрезков ab и ac (рис. 1.3). При этом обычно амплитуды сигналов подбираются одинаковыми. Тогда фазовый сдвиг j в градусах определяется с помощью соотношения

 

(1.3)

Метод эллипса. Существует несколько разновидностей этого метода. Остановимся на одном из них.

При подаче на входы Х и Y (при отключенной развертке) двух напряжений ux и uy, сдвинутых друг относительно друга на некоторый угол j, на экране осциллографа появляется фигура Лиссажу в виде определенным образом ориентированного эллипса. Если центр эллипса совмещен с условным началом координат экрана, то фазовый сдвиг j можно определить по формуле

 

(1.4)

где A и B – измеряемые отрезки, показанные на рис. 1.4. Для удобства определения их длин коэффициенты усиления усилителей Х и Y подбирают таким образом, чтобы эллипс вписался в квадрат.


Следует отметить, что рассмотренный метод эллипса позволяет лишь приближенно (с погрешностью 5÷10 %) оценить величину фазового сдвига без определения его знака. Основными причинами погрешности метода являются неточность в определении длин измеряемых отрезков, деформация эллипса из-за негармоничности исследуемых напряжений, неидентичность фазовых характеристик каналов Х и Y.

Интегральная цифровая техника Микроэлектронные функциональные цифровые узлы комбинационного типа: преобразователи кодов, шифраторы и дешифраторы, мультиплексоры и демультиплексоры, схемы сравнения. Интегральные триггеры: структура и классификация статических триггеров, интегральные RS, D, T, JK триггеры, асинхронные и синхронные триггеры, триггеры, тактируемые фронтом сигнала.
Классичеcкий - это в особенности знаменитая услуга, которую берут у шалавНижнего Тагила http://nizhniy-tagil.prostitutki.surf/klassicheckiy/, так что выберите себе эту или закажите иную услугу и удовлетворение вам гарантировано 100%. | Групповой секс - одна из услуг, какие представляют распутные путаныОренбурга http://orenburg.prostitutki.black/gruppovoy-seks/, так что не размышляйте , а непременно нанимайте прекрасных сучек любого телосложения.
Полупроводниковые выпрямители