Метод. пособ ОЭТ_лаб. Методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине Основы электронной техники для студентов направления подготовки бакалавра

• Название: Методическое пособие к лабораторным работам по дисциплине Основы электронной техники для студентов направления подготовки бакалавра
• Дата: 21.04.2022
• Размер: 5.09 Mb.
• Имя файла: Метод. пособ ОЭТ_лаб.doc
• Тип: Методическое пособие; #488675
• страница: 10 из 10

3.4 Лабораторная работа №4. Исследование свойств и определение основных электрических параметров полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

1 Цель работы
Цель работы - достичь понимания работы полевого транзистора с управляющим p-n-переходом, приобрести навыки экспериментального определения статических вольт - амперных характеристик (ВАХ) и практического определения их параметров и соответствия определенных параметров техническим условиям.
2 Задачи работы
2.1 Освоить теоретический материал по полевым транзисторам с управляющим переходом по конспекту лекций и литературе.

2.2 Выполнить экспериментальную часть работы в соответствии с программой и обработать результаты экспериментов.

2.3 По результатам проведенных работ сделать выводы, оформить отчет и защитить его.
3 Программа работ
3.1 Ознакомиться с методическими указаниями по выполнению данной работы.

3.2 Изучить теоретические вопросы, относящиеся к назначению, устройству, принципу работы полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом, его ВАХ и основных электрических параметров, а также его эквивалентным электрическим схемам замещения.

3.3 Подготовить формуляр отчета по лабораторной работе.



Проходные вольт – амперные характеристики n- и p- канальных полевых транзисторов с управляющим p-n переходом
3.4 Ознакомиться с устройством лабораторного стенда и подготовить его к работе.

3.5 Снять семейства сток - затворных ВАХ полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом.

3.6 Снять семейства стоковых ВАХ полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом.

3.7 Численные данные экспериментальных исследований занести в таблицы.

3.8 Построить графики полученных семейств ВАХ.

3.9 Определить величины начального тока стока, напряжения отсечки и крутизны характеристики.

3.10 Построить график изменения крутизны от тока стока.

3.11 Рассчитать по семействам ВАХ зависимости статического и динамического сопротивлений полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом от тока стока и напряжения сток-исток.

3.12 Определить по справочнику параметры номинального режима и для номинального режима построить схему замещения.

3.13 Рассчитать для номинального режима мощность электрических потерь в транзисторе.

3.14 Построить графики семейства зависимостей мощности рассеяния на транзисторе от напряжения сток-исток.

3.15 На графиках семейства сток - затворных ВАХ отметить границы предельно допустимых режимов работы исследованного транзистора.

3.16 Изобразить эскиз исследуемого транзистора с указанием наименования его электродов.

3.19 Сделать выводы по работе, оформить отчет и защитить его.
4 Методические рекомендации
4.1 При изучении теоретического материала обратить внимание на способы определения малосигнальных параметров по графикам семейств статических ВАХ. Учесть, что способ определения малосигнальных параметров не зависит от физической природы четырехполюсника и поэтому является одинаковым и для полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом и для других, например, биполярных транзисторов.

4.2 При определении малосигнальных параметров следует помнить, что они находятся для рабочей точки, определяемой входными и выходными напряжениями и токами. Причем значения этих токов и напряжений, должны совпадать на различных семействах ВАХ.

4.3 При построении схемы замещения величины индуктивностей выводов электродов и межэлектродных емкостей не учитывать.

4.4 Работа выполняется на модернизированном лабораторном стенде 87Л-01 «ЛУЧ». При выполнении экспериментальной части лабораторной работы рекомендуется использовать сменный планшет №7. Источниками напряжений являются устройства, находящиеся на нижней панели стенда: источник ГН1 – для задания напряжения на затворе (G1), ГН2 – для задания напряжения между стоком и истоком (G2).

4.5 Для получения точных результатов при малых значениях измеряемых параметров необходимо устанавливать переключатели приборов на возможно меньшие пределы измерений.

4.6 Первой рекомендуется снимать сток - затворную характеристику. Для этого сначала необходимо собрать схему, изображенную на сменном планшете №7 и после проверки правильности ее лаборантом включить стенд включателем «Сеть». При этом должна загореться лампочка подсветки включателя. Затем необходимо задать постоянное напряжение между затвором и истоком и, изменяя напряжение между затвором и истоком с интервалом в 0,5 В, зарегистрировать изменения тока стока.

Следует помнить, что во всех экспериментах недопустимо превышать напряжение между стоком и истоком более 10В, а между затвором и истоком 5 В (смотри справочные данные, приведенные в приложении).

4.7 При снятии стоковой ВАХ надо задавать напряжение между затвором и истоком с интервалом в 0,5 В, а изменять напряжение сток-исток через 1 В.

4.8 Во всех экспериментах следует обращать внимание на поддержание постоянства задаваемого напряжения.

4.9 При оформлении отчета руководствоваться требованиями к оформлению отчетов по лабораторным работам кафедры «Промышленная электроника».

5 Содержание отчета.
Отчет должен содержать следующие разделы:

• 
  цель работы и программу работ,
  
• 
  описание схемы и методики снятия семейств ВАХ полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом с приведением таблиц со значениями экспериментальных данных и графиков, построенных на их основе,
  
• 
  обработанные результаты исследований с определенными напряжениями отсечки и насыщения, начального тока стока и другими параметрами, предусмотренными программой работ,
  
• 
  выводы по работе,
  
• 
  список литературы, использованной при проведении работ.
  

6 Вопросы для самоконтроля
6.1 Вопросы для допуска к выполнению лабораторной работы.

• 
  В чем заключается цель лабораторной работы?
  
• 
  Какие приборы используются при выполнении работы?
  
• 
  Как определяется стоковая ВАХ?
  
• 
  Как определяется сток - затворная ВАХ?
  
• 
  Какие пределы измерения выставляются на приборах при определении стоковой и сток - затворной ВАХ?
  
• 
  Какие пределы выставляются на приборах при снятии ВАХ?
  
• 
  Каковы схемы замещения полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом?
  
• 
  Как обозначаются полевые транзисторы?
  

6.2 Вопросы для защиты отчета по лабораторной работе

• 
  В чем заключается принцип действия полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом и особенности физических процессов в нем при различных режимах?
  
• 
  Каковы особенности полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом по сравнению с другими транзисторами?
  
• 
  Какими причинами объясняется нелинейный характер ВАХ?
  
• 
  Какие параметры полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом вы знаете?
  
• 
  Каковы значения предельно допустимых параметров исследованного транзистора?
  
• 
  Каковы области применения полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом?
  
• 
  В чем заключаются методики проведения экспериментальной и расчетной частей лабораторной работы?
  
• 
  Как полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом маркируются и обозначаются в электрических схемах?
  

7 Приложение
2ПЗОЗА, 2ПЗОЗБ, 2ПЗОЗВ, 2ПЗОЗГ, 2ПЗ03Д, 2ПЗОЗЕ, 2ПЗОЗИ, КПЗОЗА, КПЗОЗБ, КПЗОЗВ, КПЗОЗГ, КПЗОЗД, КПЗОЗЕ, КПЗОЗЖ, КПЗОЗИ
Транзисторы кремниевые эпитаксиально - планарные полевые с зат­вором на основе p-n-перехода и каналом n-типа.

Предназначены для применения во входных каскадах усилителей высокой (2ПЗОЗД, 2ПЗОЗЕ, 2ПЗОЗИ, КПЗОЗД, КПЗОЗЕ) и низкой (2ПЗОЗА, 2ПЗОЗБ, 2ПЗОЗВ, КПЗОЗА, КПЗОЗБ, КПЗОЗВ, КПЗОЗЖ, КПЗОЗИ) частот с высоким входным сопротивлением. Транзисторы 2ПЗОЗГ, КПЗОЗГ в основном предназначены для применения в зарядочувствительных усилителях и других схемах ядерной спектро­метрии.

Выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами. Обозначение типа приводится на боковой поверхности корпуса.

Масса транзистора не более 0,5 г.
Электрические параметры
Коэффициент шума на частоте 100 МГц при U_си = 10 В, U_зи = 0, R_г = 1,0 кОм

2ПЗОЗД, 2ПЗОЗЕ, 2ПЗОЗИ, КПЗОЗД, КПЗОЗЕ не более 4 дБ

Электродвижущая сила шума при U_си = 10 В, U_зи = 0 не более:

на f = 20 Гц: 2ПЗОЗА, КПЗОЗА 30 нВ/

на f= 1,0 кГц: 2ПЗОЗБ, 2ПЗОЗВ, КПЗОЗБ, КПЗОЗВ 20 нВ/

КПЗОЗЖ, КПЗОЗИ 100 нВ/

Среднеквадратичный шумовой заряд при U_си = 10 В, U_зи = 0, С_г = 10 пФ, _ф=1 мкс

2ПЗОЗГ, КПЗОЗГ не более 0,6 10^-16 Кл

Крутизна характеристики при U_си ⁼ 10 В, U_зи = 0, f = 50 … 1500 Гц:

при Т=298 К:

2ПЗОЗА, 2ПЗОЗБ, КПЗОЗА, КПЗОЗБ, КПЗОЗЖ 1-4мА/В

2ПЗОЗВ, КПЗОЗВ . .,. 2-5 мА/В

2ПЗОЗГ, КПЗОЗГ 3-7 мА/В

2ПЗОЗД, КПЗОЗД не менее 2,6 мА/В

2ПЗОЗЕ, КПЗОЗЕ не менее 4,0 мА/В

2ПЗОЗИ, КПЗОЗИ 2-6 мА/В

при Т=213 К не менее:

2ПЗОЗА, 2ПЗОЗБ 1,0 мА/В

2ПЗОЗВ, 2ПЗОЗИ 2,0 мА/В

2ПЗОЗГ . . . 3,0 мА/В

2ПЗОЗД 2,6 мА/В

2ПЗОЗЕ 4,0 мА/В

при Т=233 К не менее:

КПЗОЗА, КПЗОЗБ, КПЗОЗЖ ........ 1,0 мА/В

КПЗОЗВ, КПЗОЗИ . 2,0 мА/В

КПЗОЗГ 3,0 мА/В

КПЗОЗД 2,6 мА/В

КПЗОЗЕ 4,0 мА/В

при Т =398 К не менее:

2ПЗОЗА, 2ПЗОЗБ 0,5 мА/В

2ПЗОЗВ, 2ПЗОЗИ 1,0.мА/В

2ПЗОЗГ 1,5 мА/В

2ПЗОЗД 1,3 мА/В

2ПЗОЗЕ 2,0 мА/В

при Т =358 К не менее:

КПЗОЗА, КПЗОЗБ, КПЗОЗЖ 0,5 мА/В

КПЗОЗВ, КПЗОЗИ 1,0 мА/В

КПЗОЗГ 1,5 мА/В

КПЗОЗД 1,3 мА/В

КПЗОЗЕ . 2,0 мА/В

Начальный ток стока при U_си = 10 В, U_зи = 0

2ПЗОЗА, 2ПЗОЗБ, КПЗОЗА, КПЗОЗБ 0,5-2,5 мА

2ПЗОЗВ, КПЗОЗВ 1,5-5,0 мА

2ПЗОЗГ, КПЗОЗГ 3,0-12мА

2ПЗОЗД, КПЗОЗД 3,0-9,0 мА

2ПЗОЗЕ, КПЗОЗЕ 5,0-20 мА

КПЗОЗЖ 0,3-3,0 мА

2ПЗОЗИ, КПЗОЗИ 1,5-5,0 мА

Напряжение отсечки при U_си =10 В, I_с = 0,01 мА:

2ПЗОЗА, 2ПЗОЗБ, КПЗОЗА, КПЗОЗБ 0,5-3,0 В

2ПЗОЗВ, КПЗОЗВ 1,0-4,0 В

2ПЗОЗГ, 2ПЗОЗД, 2ПЗОЗЕ, КПЗОЗГ, КПЗОЗД, КПЗОЗЕ не более 8,0 В

КПЗОЗЖ 0,3-3,0 В

2ПЗОЗИ 1,0-3,0 В

КПЗОЗИ 0,5-2,0 В

Ток утечки затвора при U_зи =10 В не более:

при Т =298 К:

2ПЗОЗА, 2ПЗОЗБ, 2ПЗОЗВ, 2ПЗОЗД, 2ПЗОЗЕ,

2ПЗОЗИ, КПЗОЗА, КПЗОЗБ, КПЗОЗВ, КПЗОЗД, КПЗОЗЕ 1,0 нА

2ПЗОЗГ, КПЗОЗГ 0,1 нА

КПЗОЗЖ, КПЗОЗИ . 5 нА

при Т = 398 К 2ПЗОЗА, 2ПЗОЗБ, 2ПЗОЗВ, 2ПЗОЗГ,

2ПЗОЗД, 2ПЗОЗЕ, 2ПЗОЗИ 1,0 мкА

при Т =358 К КПЗОЗА, КПЗОЗБ, КПЗОЗВ,

КПЗОЗГ, КПЗОЗД, КПЗОЗЕ, КПЗОЗЖ, КПЗОЗИ 1,0 мкА

Ток утечки затвора при U_зи = 30 В не более 10 мкА

Емкость входная при U_си = Ю В, U_зи = 0, f= 10 МГц не более 6,0 пФ

Емкость проходная при U_си = 10В, U_зи = 0, f= 10 МГц, не более 2,0 пФ

Сопротивление изоляции канал-корпус не менее 20 МОм
Предельные эксплуатационные данные

Напряжение сток-исток 25 В

Напряжение затвор-сток, затвор-исток 30 В

Постоянный ток стока 20 мА

Прямой ток затвора 5,0 мА

Постоянная рассеиваемая мощность:

2ПЗОЗА, 2ПЗОЗБ, 2ПЗОЗВ, 2ПЗОЗГ, 2ПЗОЗД, 2ПЗОЗЕ, 2ПЗОЗИ при Т= 213 … 298 К; КПЗОЗА, КПЗОЗБ, КПЗОЗВ, КПЗОЗГ, КПЗОЗД, КПЗОЗЕ, КПЗОЗЖ, КПЗОЗИ

при Т = 233 … 298 К 200 мВт

при Т =358 К 100 мВт

Температура окружающей среды:

2ПЗОЗА, 2ПЗОЗБ, 2ПЗОЗВ, 2ПЗОЗГ, 2ПЗОЗД,

2ПЗОЗЕ, 2ПЗОЗИ От 213 до 398 К

КПЗОЗА, КПЗОЗБ, КПЗОЗВ, КПЗОЗГ, КПЗОЗД,

КПЗОЗЕ, КПЗОЗЖ, КПЗОЗИ От 233 до 358 К
Примечания: 1. Максимально допустимая постоянная рассеи­ваемая мощность, мВт, 2ПЗОЗА, 2ПЗОЗБ, 2ПЗОЗВ, 2ПЗОЗГ, 2ПЗОЗД, КПЗОЗЕ, 2ПЗОЗИ при Т = 298 … 398 К рассчитывается по формуле

Р_макс = 200-1,45(Т-298),

а КПЗОЗА, КПЗОЗБ, КПЗОЗВ, КПЗОЗГ, КПЗОЗД, КПЗОЗЕ, КПЗОЗЖ, КПЗОЗИ при Т =298 … 358 К по формуле

Р_макс = 200-1,66(Г-298).

2. Соединение выводов транзистора с элементами аппаратуры разрешается на расстоянии не менее 4 мм от корпуса. Жало паяльника должно быть заземлено.

Минимальное расстояние места изгиба вывода от корпуса тран­зистора 3 мм, радиус изгиба не менее 1,5 мм.

Допускается однократный изгиб вывода на расстоянии 3 мм от корпуса с радиусом 0,5 мм.

При повышенной влажности для обеспечения тока затвора не более 10^-9 А рекомендуется использовать транзисторы в составе герметизированной аппаратуры или при местной защите прибора от воздействия влаги.

Транзисторы КПЗОЗГ допускается однократно использовать Т = 233 … 123 К.



Передаточная характеристика полевого транзистора с управляющим p-n- переходом



Зависимость тока стока от напряжения затвор-исток


Зависимости начального тока стока, крутизны характеристики и сопротивления сток-исток в открытом состоянии от напря­жения отсечки
ЛИТЕРАТУРА
1 Электронные приборы: Учебник для вузов/ В.Н. Дулин, Н.А.Аваев, В.П. Демин и др. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - С.12-82, с.97-113.

2 Жеребцов И.П. Основы электроники. - Л.: Энергоатомиздат, 1989. - С.19-50.

3 Овечкин Ю.А. Полупроводниковые приборы. - М.: Высшая школа, 1986. - С.8-48.

4 Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Справочник. П/р Н. Н. Горюнова. М:, Энергоиздат 1982 г.