Лабораторная работа ТРАНЗИСТОРЫ Цель работы

Лабораторная работа
ТРАНЗИСТОРЫ
Цель работы
Изучение устройства, свойств, вольт-амперных характеристик и параметров и параметров биполярных и МДП-транзисторов; приобретение навыков в исследовании полупроводниковых приборов.
1. Описание схем опытов
1.1. Объект исследования:
Q1 – Биполярный транзистор типа n-p-n (схемы исследования приведены на рис. 1 и 2);
Q2 – МДП-транзистор с индуцированным каналом n-типа (схемы исследования приведены на рис. 3 и 4).
1.2. Источники питания:
I1 – источник постоянного тока для питания базы биполярного транзистора;
V1 – источник постоянного напряжения для задания напряжения смещения на затвор
МДП-транзистора;
XFG1 – функциональный генератор; здесь используется как источник управляемого
постоянного напряжения для питания коллектора биполярного транзистора.
1.3. Измерительные приборы:
U1 – вольтметр постоянного тока; используется для измерения напряжения на базе биполярного транзистора Q1 или затворе МДП-транзистора Q2;
U2 – вольтметр постоянного тока; используется для измерения напряжения на коллекторе биполярного транзистора Q1 или стоке МДП-транзистора Q2;
U3 – амперметр постоянного тока; используется для измерения тока коллектора биполярного транзистора Q1 или тока стока МДП-транзистора Q2;
U4 – амперметр постоянного тока; используется для измерения тока базы биполярного
транзистора Q1;
XIV1 – характериограф; используется для снятия семейства выходных вольт-амперных
характеристик (ВАХ) биполярного транзистора Q1 или стоковых ВАХ МДПтранзистора Q2.
2. Экспериментальное исследование
2.1. Исследование биполярного транзистора
2.1.1. Режим непосредственных измерений
Собрать схему эксперимента (рис. 1). Открыв панель источника I1, установить
минимальное значение тока базы I б = I b из указанных в табл. 1. Открыть панель прибора XFG1 и установить минимальную амплитуду переменного напряжения (Amplitude
= 0.001 pV). Последовательно задавая значения постоянного напряжения на выходе
XFG1 (Offset) из ряда, указанного в табл. 1, измерить при каждом значении U кэ = Vce
ток коллектора I к = I c и напряжение на базе U бэ = Vbe . Данные занести в соответствующую строку таблицы (табл. 1). Эту же процедуру повторить при других (указанных в
табл. 1) значениях тока базы I б = I b .
U2
+
Vce
10.000
U1
-
0.551
DC 10MOhm
U3
Vbe
+
V
-
DC 10MOhm
0.112m
c Q1
U4
Ib
+
0.888u
V
A
Ic
+
A
DC 1e-009Ohm
b
XFG1
e BD135
DC 1e-009Ohm
I1
1uA
Рис. 1. Схема опыта для исследования ВАХ биполярного транзистора
в режиме непосредственных измерений
Таблица 1
I б , Измеряемая
мкА величина
I к , мА
1
U бэ , В
5
9
13
17
0
0,5
1
U кэ , В
2
4
7
10
I к , мА
U бэ , В
I к , мА
U бэ , В
I к , мА
U бэ , В
I к , мА
U бэ , В
2.1.2. Автоматический режим
Этот режим используется для снятия выходных ВАХ I к = f (U кэ ) ( I б = const )
биполярного транзистора.
Собрать схему (рис. 2).
2
Vce=7.7 V; Ic=0.5 mA
XIV1
Q1
BD135
Рис. 2. Схема опыта для исследования ВАХ биполярного транзистора
в автоматическом режиме
Вначале, прежде чем запустить процесс исследования, при выключенном питании схемы открыть панель характериографа XIV1, установить Components в положение BJT
NPN и, нажав кнопку Sim_Param, произвести следующие установки:
Source Name: V_ce
Start: 0 V
Stop: 10 V
Increment: 50 mV
Source Name: I_b
Start: 1 µA
Stop: 17 µA
Num steps: 9
;
Затем включить и через непродолжительное время (после установления изображения) выключить схему эксперимента. Перемещая курсор в заданные (см. табл. 1)
точки оси x (т.е. оси напряжений U кэ ), считать из нижней строки панели прибора значения токов I к и I б . Параметры каждого графика семейства ВАХ определять при одном и том же положении курсора, переходя от одного графика к другому, щёлкнув на
соответствующем графике левой клавишей мыши. Чтобы более точно отобразить графики на миллиметровой бумаге, необходимо считать показания с экрана характериографа в дополнительных (по отношению к указанным в табл.1) точках оси x, в частности точке перегиба. Семейство ВАХ, отображённое на экране осциллографа, используется также при определении параметров транзистора.
2.1.3. Определение параметров биполярного транзистора
Параметры биполярного транзистора определяются в заданной рабочей точке,
координаты которой ( U кэо = Vce , I ко = I c ) указаны на рис. 2. Измеряемыми здесь параметрами биполярного транзистора являются коэффициент передачи базового тока β и
дифференциальное сопротивление закрытого коллекторного p-n-перехода rкэ в схеме с
общим эмиттером.
При определении параметра β необходимо вначале установить курсор в заданную
точку x0 = U кэо . При неизменном напряжении U кэ = U кэо снять показания токов коллектора
I к1 , I к2 и токов базы I б1 , I б2 в двух точках, соответствующих двум соседним графикам,
расположенным ниже и выше ординаты рабочей точки y0 = I ко . Найти разности
ΔI к = I к2 − I к1 ;
ΔI б = I б2 − I б1 ;
и вычислить параметры
ΔI
β = к (при U кэ = U кэо ).
ΔI б
3
Чтобы определить параметр rкэ , необходимо задать приращение напряжению
U кэ , переместив курсор из одного положения x1 < x0 в другое x2 > x0 , и считать приращение напряжения ΔU кэ = U кэ2 − U кэ1 и тока ΔI к = I к2 − I к1 по графику, расположенному
ближе всего к заданной ординате y0 ( т.е. при I б = const ). Тогда
ΔU кэ
rкэ =
(при I б = const ).
ΔI к
При определении ΔU кэ можно принять U кэ2 = U кэо + 1В , U кэ1 = U кэо − 1В .
2.2. Исследование МДП-транзистора
2.2.1. Режим непосредственных измерений.
Собрать схему эксперимента (рис. 3). Открыв панель источника V1, установить
минимальное значение напряжения на затворе U зи = Vgs из указанных в табл. 2.. От-
крыть панель прибора XFG1 и установить минимальную амплитуду переменного напряжения (Amplitude = 0.001 pV). Последовательно задавая значения постоянного напряжения на выходе XFG1 (Offset) из ряда, указанного в табл. 2, измерить при каждом
значении U си = Vds ток стока I с = I d . Данные занести в табл. 2. Эту же процедуру повторить при других (указанных в табл. 2) значениях напряжения на затворе U зи = Vgs .
U2
Vds
+
0.000
V
DC 10MOhm
U3
-
0.000
U1
-
0.000
+
V
Vgs
+
A
Id
DC 1e-009Ohm
d Q2
DC 10MOhm
g
XFG1
s BS170
V1
1.85 V
Рис. 3. Схема опыта для исследования ВАХ МДП-транзистора
в режиме непосредственных измерений
4
Таблица 2
U зи , Измеряемая
В величина
1,85 I с , мА
1,89 I с , мА
1,93
I с , мА
1,97
I с , мА
2,01
I с , мА
U си , В
0
0,5
1
2
4
7
10
2.2.2. Автоматический режим.
Этот режим используется для снятия выходных стоковых ВАХ I с = f (U си )
(U зи = const ) МДП-транзистора.
Собрать схему (рис. 4).
Vds=7.8 V; Id=0.5 mA
XIV1
Q2
BS170
Рис. 4. Схема опыта для исследования ВАХ МДП-транзистора
в автоматическом режиме
Вначале, прежде чем запустить процесс исследования, при выключенном питании схемы открыть панель характериографа XIV1, установить Components в положение NMOS
и, нажав кнопку Sim_Param, произвести следующие установки:
Source Name: V_ds
Start: 0 V
Stop: 10 V
Increment: 50 mV
Source Name: V_gs
Start: 1.85 V
Stop: 2.01 V
Num steps: 9
.
Затем включить и через непродолжительное время (после установления изображения) выключить схему эксперимента. Перемещая курсор в заданные (см. табл. 2)
точки оси x (т.е. оси напряжений U си ), считать из нижней строки панели прибора значения тока I с и напряжения U зи . Параметры каждого графика семейства ВАХ опреде5
лять при одном и том же положении курсора, переходя от одного графика к другому,
щёлкнув на соответствующем графике левой клавишей мыши. Чтобы более точно отобразить графики на миллиметровой бумаге, необходимо считать показания с экрана характериографа в дополнительных (по отношению к указанным в табл. 2) точках оси x, в
частности точке перегиба. Семейство ВАХ, отображённое на экране осциллографа, используется также при определении параметров транзистора.
2.2.3. Определение параметров МДП-транзистора.
Параметры МДП-транзистора определяются в заданной рабочей точке, координаты которой U сио = Vds , I со = I d указаны на рис. 4. Измеряемыми здесь параметрами
МДП-транзистора являются крутизна s и внутреннее сопротивление (дифференциальное сопротивление канала) rс .
При определении параметра s необходимо вначале установить курсор в заданную
точку x0 = U сио . При неизменном напряжении U си = U сио снять показания токов стока I с1 ,
I с2 и напряжений U зи1 , U зи2 в двух точках, соответствующих двум соседним графикам,
расположенным ниже и выше ординаты рабочей точки y0 = I со . Найти разности
ΔI с = I с2 − I с1 ;
ΔU зи = U зи2 − U зи1
и вычислить параметры
ΔI с
s=
(при U си = U сио ).
ΔU зи
Чтобы определить параметр rс , необходимо задать приращение напряжению
U си , переместив курсор из одного положения x1 < x0 в другое x2 > x0 , и считать приращение напряжения ΔU си = U си2 − U си1 и тока ΔI с = I с2 − I с1 по графику, расположенному
ближе всего к заданной ординате y0 ( т.е. при U зи = const ). Тогда
ΔU си
rс =
(при U зи = const ).
ΔI с
При определении ΔU си можно принять U си2 = U сио + 1В , U си1 = U сио − 1В .
3. Содержание отчёта:
1) цель работы;
2) схемы опытов;
3) расчёт параметров транзисторов;
4) таблицы опытных данных;
5) графики вольт-амперных характеристик;
6) выводы по результатам экспериментального исследования.
6