12. Начертить мало-сигнальную электрическую модель заданного p – n – перехода для двух точек.

Для малых сигналов в заданной рабочей точке нелинейный p – n – переход заменяют линейной электронной моделью.

а) При U = U_обр = 1B, r_диф → ∞, поэтому в модели остается только С = С_бар = = 4,72 нФ:

б) При I_пр = 10 мA, r_диф = 2,59 Ом, также в модели присутствует C = C_бар + + C_диф. Модель p-n-перехода в этом случае выглядит так:

Вариант 03

Задача 2

Текст задания

Задана полупроводниковая структура, в которой управление током в канале осуществляется с помощью поперечного электрического поля.

Канал – приповерхностный (нечетная последняя цифра студенческого билета), U_пор = -1 В. Удельная крутизна b₁ = 0,25 мА/В².

Определить

1) Тип канала (p или n)

2) Нарисовать заданную структуру, указать полярность питающих напряжений,

назвать выводы и пояснить принцип полевого управления током.

3) Рассчитать и построить на одном графике стоко-затрворные ВАХ в режиме

насыщения для двух значений длин канала L= L₁, удельной крутизне

b₁ и L₂ =2·L₁. Сделать вывод о влиянии управляющего действия

напряжения затвора на длину канала.

4) Рассчитать и построить зависимость крутизны S от напряжения на затворе

для двух заданных в п.3 значений L.

5) Для трех самостоятельно выбранных значений напряжения на затворе

определить напряжение насыщения на стоке и построить семейство

стоковых ВАХ, выделив омический участок и участок насыщения (только для

одного значения b = b₁)

Решение

1. Определим тип канала (p или n)

В полевом транзисторе с приповерхностным каналом управление током Iс осуществляется за счет изменения удельного сопротивления канала, вызванного эффектом поля. Канал возникает из-за индукции зарядов (индуцированный канал) при приложении к затвору напряжения больше Uпор. В нашем случае напряжение прикладывается минусом к затвору, плюсом к истоку (U* = -1 В). Между металлическим выводом затвора и подложкой (рисунок 1) образуется поперечное электромагнитное поле. Оно в свою очередь начинает притягивать к приповерхностному слою у диэлектрика положительно-заряженные свободные дырки, которые в небольшом количестве рассредоточены в подложке. В результате в приповерхностном слое скапливается достаточно большое количество дырок и формируется канал – область проводимости. На рисунке 1 это своеобразный мостик между стоком и истоком, который проводит электрический ток. Между истоком и стоком начинает протекать ток. Таким образом, за счет внешнего управляющего напряжения контролируется проводимость полевого транзистора. Если снять управляющее напряжение с затвора, то проводящий канал в приповерхностном слое исчезнет и транзистор перестанет пропускать электрический ток. Чем больше напряжение на затворе по сравнению с Uпор, тем сильнее канал обогащается основными носителями, тем следовательно меньше его ρ и больше ток через канал. Так как напряжение U* = -1 В отрицательное, то канал будет формироваться из дырок т.е. канал p-типа.

Рисунок 1

2. Нарисуем, заданную структуру, укажем полярность питающих напряжений, обозначим выводы. Пояснения принципа полевого управления током даны в п.1.

Рисунок 2

Где Uзи – источник электрического напряжения, управляющий полевым транзистором;

Uис – источник, током которого управляет полевой транзистор.

В принципе полярность включения исток – сток не имеет значения, но исток гальванически соединен с подложкой, а на подложку, для формирования поля, должно подводиться напряжение противоположное по знаку напряжению на затворе.

3. Рассчитать и построить на одном графике стоко-затворные ВАХ в режиме

насыщения для двух значений длин канала L - L1, соответствующей заданной

в таблице удельной крутизне b1 и L2=2L1. Сделать вывод о влиянии

управляющего действия напряжения затвора на длину канала.

Стоко-затворные ВАХ в режиме насыщения (Uси > Uси нас) рассчитаем по формуле:

Где b – удельная крутизна. Эта величина определяется электрофизическими и геометрическими размерами структуры. В частности, она пропорциональна отношению ширины канала Z к его длине L

Тогда:

Для :

Для :

Данные расчетов сведены в таблицу 1

Таблица 1

	Uзи, В	-0,5	-0,6	-0,7	-0,8	-0,9	-1
L1	Iс, мкА	31,25	20,0	11,25	5,0	1,25	0
	S, мкСм	125	100	75	50	25	0
L2	Iс, мкА	15,6	10,0	5,6	2,5	0,63	0
	S, мкСм	62,5	50	37,5	25	12,5	0

График стоко-затворных ВАХ в режиме насыщения для двух значений длин канала L1 и L2 представлен на рисунке 3

Рисунок 3

С ростом длины канала L уменьшается удельная крутизна b и крутизна стоко-затворной характеристики. Вольт-амперные характеристики квадратичные, выходят из одной точки, т.к. пороговое напряжение не зависит от длины канала.

4. Рассчитаем и построим зависимость крутизны S от напряжения на затворе

для двух, заданных в п.3 значений L.

Важным параметром полевого транзистора является крутизна стоко-затворной ВАХ. Она характеризует управляющее действие затвора.

Крутизну S рассчитаем по формуле:

В формуле стоит модуль, поскольку крутизна во всех вариантах структур – величина положительная.

Для L1:

Для L2:

Зависимость крутизны S от напряжения на затворе для двух значений L1 и L2 представлена на рисунке 4

Рисунок 4

5. Для трёх самостоятельно выбранных значений напряжения на затворе определить напряжение насыщения на стоке и построить семейство стоковых ВАХ, выделив омический участок и участок насыщения (только для одного значения b=b1)

Различают два основных режима работы полевого транзистора – омический и насыщения. В первом режиме ток стока линейно зависит от Uси , т.е. подчиняется закону Ома, и структура является резистором. Во втором – ток стока очень слабо зависит от Uси . Напряжение на стоке, при котором наступает режим насыщения рассчитаем по формуле:

Возьмем значения Uзи1=-1,2 В, Uзи2=-1,6 В, Uзи3=-2 В:

Семейство стоковых ВАХ изображено на рисунке 5

Рисунок 5