Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа №5
ИЗУЧЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛЕВЫХ ТРАНЗСТОРОВ
Цель работы: получить вольтамперные характеристики полевого транзистора с управляющим p-n переходом.
Приборы и принадлежности: источник постоянного тока MPS-3003 LK-2, вольтметр B7-78/1, вольтметр B7-35 (в режиме измерения тока) или аналогичные, исследуемые полевые транзисторы.
Теория.
ВОЛЬАМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
Основными вольтамперными характеристиками полевого транзистора являются входная, выходная и проходная характеристики, представленные на рис.1. Входная характеристика – зависимость тока затвора Iз от напряжения между затвором и истоком Uз, приведена на рис.1.а. Она представляет собой обычную вольтамперную характеристику полупроводникового диода и практически не зависит от напряжения исток сток Uс. Обычно полевой транзистор работает при закрытом p–n - переходе, поэтому ток затвора очень мал.
Семейство выходных характеристик – зависимость тока стока Iс от напряжения исток сток Uс при различных напряжениях на затворе Uзи, показано на рис.1.б. На рисунке выделены три области: 1– крутая область; 2– пологая область или область насыщения; 3– область электрического пробоя.
Нормальная работа полевого транзистора, как усилителя мощности, осуществляется в области насыщения. При этом линейному увеличению напряжения на затворе Uз соответствует линейное увеличение тока стока Iс. Зависимость Iс=f(Uз) при фиксированном напряжении исток сток Uс называется проходной характеристикой транзистора. Одна из таких зависимостей приведена на рис.3.в. На ней можно выделить линейный участок и два нелинейных участка. Первый нелинейный участок (область отсечки) наблюдается при напряжениях порядка или меньших, чем напряжение отсечки Uотс. Канал ПТ закрыт и ток стока мал. Второй нелинейный участок (область насыщения) возникает при подаче открывающего напряжения на затвор транзистора. При этом по каналу течет большой ток Iс0. В этом режиме вольтамперные характеристики ПТ обычно не снимаются и на рисунке область насыщения нанесена точками.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
Основными параметрами полевых транзисторов являются крутизна характеристики S, напряжение отсечки Uзи отс, внутреннее сопротивление Ri и коэффициент усиления .
Напряжением отсечки Uзи отс называется величина напряжения на затворе при токе стока, близком к нулю.
Крутизной стоко-затворной характеристики S называется отношение изменения тока стока к вызвавшему его изменению напряжения на затворе при Uси = const:
.
Внутренним сопротивлением Ri называется отношение изменения напряжения стока к соответствующему изменению тока стока (на участке 2 выходной характеристики) при Uзи = const:
.
Коэффициентом усиления называется отношение изменения напряжения стока к вызвавшему его изменению напряжения на затворе при Ic = const:
.
Параметры S, Ri и являются дифференциальными, так как определяются через отношения бесконечно малых величин. Они могут быть определены экспериментально из характеристических треугольников при замене бесконечно малых величин конечными приращениями:
Параметры Ri и определяются по выходным вольт-амперным характеристикам, а параметр S – по проходным характеристикам транзистора. Все три параметра связаны между собой соотношением
С помощью этого соотношения можно произвести контроль точности найденных значений параметров.
Типичные значения параметров маломощного полевого транзистора КП-303В с p-n переходом и каналом n-типа:
Ток стока Ic = 2 – 5 мА при Uси = 10 В, Uзи = 0;
Напряжение отсечки Uзи отс = 1 – 4 В при Uси = 10 В, Ic = 10 мкА;
Крутизна характеристики S = 2 – 5 мА/В;
Внутреннее сопротивление Ri = 0,02 – 0,5 МОм;
Ток затвора Iз = 1 нА при Uзи = 10 В, Uси = 0;
Емкость входная Сзи не более 6 пФ;
Емкость проходная Сзс не более 2 пФ;
Максимальное напряжение затвор-исток 30 В;
Максимальное напряжение сток-исток 25 В;
Максимальный ток стока 20 мА;
Максимальная рассеиваемая мощность 200 мВт;
Диапазон температур окружающей среды от –40 до +85 оС.
ХОД РАБОТЫ
1. Собрали установку согласно схеме на рис. 2. Полевой транзистор КП302АМ.
2. Подготовили источник питания к работе.
3. Зафиксировав напряжение Uзи [ 0; -0,5; -1,0; -1,5; -2,0 ] В и изменяя напряжение Uси, получили зависимость Ic = f(Uси) .
Рис. 3. Семейство выходных характеристик полевого транзистора, график
Таблица 1. Семейство выходных характеристик транзистора
|
Uзи, В |
0,0 |
-0,5 |
-1,0 |
-1,5 |
|
Uси, В |
Iс, мА |
Iс, мА |
Iс, мА |
Iс, мА |
|
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
|
0,20 |
2,53 |
2,00 |
1,37 |
0,87 |
|
0,40 |
4,85 |
3,72 |
2,50 |
1,56 |
|
0,60 |
6,54 |
5,26 |
3,60 |
2,02 |
|
0,80 |
8,25 |
6,56 |
4,38 |
2,35 |
|
1,00 |
9,00 |
7,67 |
5,00 |
2,54 |
|
1,50 |
11,50 |
9,50 |
5,84 |
2,78 |
|
2,00 |
13,30 |
10,36 |
6,22 |
2,92 |
|
2,50 |
15,30 |
10,80 |
6,43 |
3,00 |
|
3,00 |
16,00 |
11,03 |
6,55 |
3,07 |
|
4,00 |
16,50 |
11,31 |
6,72 |
3,16 |
|
5,00 |
16,76 |
11,39 |
6,85 |
3,25 |
|
6,00 |
16,80 |
11,46 |
6,94 |
3,31 |
|
7,00 |
16,60 |
11,40 |
6,95 |
3,36 |
|
8,00 |
16,40 |
11,41 |
6,97 |
3,40 |
|
9,00 |
16,30 |
11,40 |
7,00 |
3,44 |
|
10,00 |
16,20 |
11,40 |
7,00 |
3,46 |
4. Сняли семейство проходных характеристик Ic = f(Uзи) при Uси = [ 2; 5 ] В.
Рис. 4. Семейство проходных характеристик, график
Таблица 2. Семейство проходных характеристик транзистора
|
Uси, В |
2 |
5 |
|
Uзи, В |
Iс, мА |
Iс, мА |
|
0,00 |
14,84 |
16,90 |
|
-0,50 |
10,15 |
11,25 |
|
-1,00 |
6,01 |
6,74 |
|
-1,50 |
2,89 |
3,18 |
|
-2,00 |
0,72 |
0,82 |
|
-2,50 |
0,00 |
0,00 |
|
-3,00 |
0,00 |
0,00 |
|
-3,50 |
0,00 |
0,00 |
|
-4,00 |
0,00 |
0,00 |
|
-4,50 |
0,00 |
0,00 |
|
-5,00 |
0,00 |
0,00 |
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
1. Определение Uс нас и Iс
Рис. 5. Определение Uс нас и Iс из проходных характеристик
Из рис. 5 находим Uс нас и Iс при Uси = 10В
|
№ |
Uс нас, В |
Iс, мА |
Uзи, В |
Ri, кОм |
|
0 |
2,20 |
16,2 |
0,0 |
0,5 |
|
1 |
1,45 |
11,5 |
-0,5 |
3,3 |
|
2 |
1,00 |
7,0 |
-1,0 |
5,0 |
|
3 |
0,45 |
3,5 |
-2,0 |
7,5 |
2. Определение Uотс
|
№ |
Uотс , В |
Uси, В |
Si, кОм |
|
0 |
1,7 |
2 |
0,5 |
|
1 |
1,6 |
5 |
3,3 |
область отсечки
область насыщения
Iс 0
0
в)
линейный участок
Iс
Uз
Uотс
0
а)
з
Uз
А
V
GND +
+
VT
R
Uс нас
Iс0
1
Uс пробоя
2
Uс нас2
3
Uс нас1
0
Uз3Uз2
Uз=0
Uз2Uз1
А
б)
Uс нас3
Iс
Uс
Uз10
Рис.1. Вольтамперные характеристики полевого транзистора с управляющим p-n переходом:
а) входная; б) выходная. Цифрами отмечены: 1- крутая область; 2- пологая область (область насыщения); 3- область пробоя;
в) проходная.
Рис.2. Схема установки для снятия вольтамперных характеристик полевого транзистора
источник постоянного тока MPS-3003 LK-2
0 30В
5V 1А