ЭБНЭ_Л1_Цуканова_0363

Цель работы:

Ознакомление с полевыми транзисторами и исследование их работы в ключевом режиме с помощью программы Multisim.

Теоретическая часть:

Транзистор — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет использовать его для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов.

Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на управлении электрическим сопротивлением токопроводящего канала поперечным электрическим полем, создаваемым приложенным к затвору напряжением. В отличие от биполярного ток полевого транзистора обусловлен потоком основных носителей.

Электроды полевого транзистора называют истоком, стоком и затвором.

Управляющее напряжение прикладывается между затвором иистоком. От напряжения между затвором и истоком зависит проводимость канала,

следовательно, и величина тока. По конструкции полевые транзисторы можно разбить на две группы: с управляющим p–n-переходом и с металлическим затвором, изолированным от канала диэлектриком.

Транзисторы второго вида называют МДП-транзисторами (металл – диэлектрик – полупроводник). В большинстве случаев диэлектриком является двуокись кремния SiO2, поэтому обычно используется название МОП

2

транзисторы (металл – окисел – полупроводник). В современных МОП транзисторах для изготовления затвора часто используется поликристаллический кремний. Однако название МОП-транзистор используют и для таких приборов.

Проводимость канала полевого транзистора может быть электронной или дырочной. Если канал имеет электронную проводимость, то транзистор называют n-канальным. Транзисторы с каналами, имеющими дырочную проводимость, называют p-канальными.

Экспериментальная часть:

1. Собрать схему для полевого n-канального транзистора с индуцированным каналом для работы в ключевом режиме. Итоговая схема приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схема для полевого n-канального транзистора с индуцированным каналом

2. Провести моделирование выходной характеристики полевого транзистора. Меняя управляющее напряжение от 0 до пит, получить семейство трёх выходных характеристик.

3

На рисунке 2 изображены графики выходной характеристики при значениях управляющего напряжения 0 В, 2.5 В и 3.5 В соответственно.

Рисунок 2 — Графики для значений выходной характеристики при смене управляющего напряжения

Первый график (верхний) – выходная характеристика транзистора при управляющем напряжении в 3.5 В, второй график – выходная характеристика при управляющем напряжении 2.5 В, третий график (нижний) – выходная характеристика при управляющем напряжении 0 В.

Первый график (верхний) отделяет область насыщения над графиком)

от области активной работы (под графиком), второй график лежит в области активной работы, третий график (нижний) отделяет область активной работы

(над графиком) от области отсечки (под графиком).

3. Построить передаточную характеристику полевого транзистора приси1 = 0.5 В и си2 = пит, если напряжение на затворе меняется от 0 до пит с шагом 0.25 В.

Графики передаточной характеристики полевого транзистора приси1 = 0.5 В и си2 = пит = 3.5 В показаны на рисунке 3.

4

Рисунок 3 — Графики для значений передаточной характеристики при си1 = 0.5 В и си2 = 3.5 В

4. Построить диаграммы работы схемы (временная зависимость входного и выходного сигнала) при подаче на вход прямоугольного импульса.

Определить время включения и выключения транзистора.

Для этого нам потребуется внести определённые изменения в схему,

изображённую на рисунке 1. Получившаяся схема представлена на рисунке 4.

На рисунке 5 приведён общий график работы схемы.

Рисунок 4 — Итоговая схема при подаче на вход транзистора

прямоугольного импульса

5

Рисунок 5 — Общий график работы схемы Ориентируясь по графику, представленному на рисунке 5, рассчитаем

время включения и выключения транзистора. Получим, что время включения транзистора tвкл = 1.5411 нс (рисунок 6), а время выключения транзистора tвыкл = 1.9487 нс (рисунок 7).

Рисунок 6 — Значения для расчёта времен включения транзистора

6

Рисунок 7 — Значения на графике для расчёта времени выключения транзистора

Вывод:

В ходе данной лабораторной работы в программе Multisim была собрана схема полевого n-канального транзистора с индуцированным каналом для работы в ключевом режиме. Было проведено моделирование выходной характеристики полевого транзистора для значений управляющего напряжения, равных 0 В, 2.5 В и 3.5 В. В результате этого были получены графики трёх семейств выходных характеристик, один из которых (при напряжении в 3.5 В) отделяет область насыщения от области активной работы, второй лежит в области активной работы и третий отделяет области активной работы от области отсечки. Основываясь на этом, можем сделать вывод о том, что транзистор находится в режиме насыщения.

Помимо того, в рамках лабораторной работы была построена диаграмма работы схемы при подаче на вход прямоугольного импульса и определено время включения и выключения транзистора.Рассматриваемые значения tвкл = 1.5411 нс и tвыкл = 1.9487 нс оказалисьприблизительно равными и находятся в рамках допустимой погрешности

7