Методические указания Томск 2007 удк 621. 38 (стр. 6 из 9)

На полевых транзисторах выполняются цифровые устройства, практически не потребляющие энергии в статическом состоянии, то есть схемы с малым потреблением.

На полевых транзисторах, в силу их особенностей, удобно строить ключи переменного тока, в том числе и прецизионные аналоговые коммутаторы.

Мощные полевые транзисторы обладают значительно меньшим сопротивлением в открытом состоянии при работе в ключевом режиме, что обеспечивает более высокие значения КПД преобразователей энергии.

Кроме того, в полевых транзисторах отсутствует эффект диффузионной емкости и связанные с ним ограничения быстродействия, обусловленные эффектом насыщения.

К сожалению, крутизна управления у полевых транзисторов существенно меньше, чем у биполярных (особенно у маломощных приборов), то есть для переключения полевого транзистора требуются большие перепады управляющего напряжения. Это обстоятельство делает быстродействие цифровых ключей на полевых транзисторах существенно меньшим по сравнению с ключами на биполярных транзисторах.

Все это приводит специалистов к необходимости творческих решений проблемы приоритетов между полевыми и биполярными транзисторами в каждом конкретном случае.

По физике работы различают полевые транзисторы с управляемым р-п-переходом и полевые транзисторы с изолированным затвором.

В связи с особенностями обращения и монтажа ПТ с изолированным затвором в лабораторной работе использованы транзисторы с управляемым p-n-переходом и каналом n-типа.

Управление сопротивлением канала, а значит и током стока, осуществляется запирающим p-n-переход напряжением U_ЗИ. Когда ½U_ЗИ½ увеличивается, увеличивается и ширина обедненной области p-n-перехода, уменьшающей ширину проводящего канала. При этом сопротивление увеличивается, а ток стока уменьшается.

На рисунке 1 приведены ВАХ такого ПТ: слева – проходная (сток-затворная)

, справа – выходная (стоковая) . Выбрав на ВАХ транзистора рабочую точку, можно определить основные дифференциальные параметры ПТ: крутизну и дифференциальное сопротивление канала .

Рисунок 1

Рисунок 2

Характерной особенностью полевых транзисторов является практически линейная характеристика выходной ВАХ при небольших значениях U_си, когда проводящий канал представляет практически линейно - управляемое сопротивление. Это свойство широко используется при построении линейных регуляторов сигнала (рисунок 2).

Использование полевого транзистора с управляющим р-n-переходом в качестве ключа - аналогового коммутатора - предусматривает меры, исключающие открывание управляющего перехода (рисунок 3). Нормальная коммутация обеспечивается при условии

½U_у½>½U_с½.

Отсекающий диод при подаче запирающего значения U_у запирается, обеспечивая нулевое значение напряжения затвор-исток.

Рисунок 3 Рисунок 4

В усилительном режиме при увеличении U_си за счет взаимодействия двух напряжений (U_зи, U_си), каждое из которых является для р-п-перехода запирающим, выходные ВАХ приобретают более горизонтальный характер, когда из-за слабой зависимости тока от напряжения прибор обладает относительно большим дифференциальным сопротивлением. Полевой транзистор в этом режиме широко используется в виде задатчика тока для запитки неизменным током различных цепей, в том числе и стабилитронов при создании высокостабильных опорных источников (рисунок 4).

3. Порядок выполнения работы

3.1. Снятие ВАХ полевого транзистора VT2

1. Убедитесь, что через разъем ДВ-9 макет № 1 подключен к источнику питания.

2. Соберите схему (рисунок 5) для снятия характеристик транзистора. Для получения сток-затворных характеристик устанавливайте два значения U_СИ: 6 В и 10 В. При снятии выходных характеристик значения U_ЗИ равны 0, -0.5, -1.0, -1.5, -2.0, -2.5 В. Для получения U_ЗИ = 0 В перемычку (2, 19) переместить на гнезда (19, 33). Чтобы получить U_ЗИ = -1.5 В, -2.0 В, -2.5 В необходимо перемычку (2, 19) переместить на гнезда (2, 1), (72, 19). Для каждого значения U_ЗИ напряжения U_СИ = 0 получать перемещением правого вывода миллиамперметра М-832 из гнезда 73 в гнездо 68. Результаты эксперимента свести в таблицы 1 и 2. По результатам эксперимента определите напряжение отсечки U₀.

Рисунок 5

Таблица 1

UЗИ, В	0	-0.5	-1.0	-1.5	-2.0	-2.5	Примечание
IС, мА	UСИ = + 6 В
IС, мА	UСИ = + 10 В

Таблица 2

UСИ, В	0	1,3	2,0	4,0	6,0	8,0	10,0	12,0	14,0	Примечание
IС, мА	UЗИ = 0 В
IС, мА	UЗИ = - 0,5 В
IС, мА	UЗИ = - 1,0 В
IС, мА	UЗИ = - 1,5 В
IС, мА	UЗИ = - 2,0 В
IС, мА	UЗИ = - 2,5 В

2. Для выбранной Вами рабочей точки с координатами I_{С А}, U_{СИ А}, U_{ЗИ А} определите дифференциальные параметры ПТ - статическую крутизну S и внутреннее сопротивление (сопротивление канала) R_i.

3.2. Исследование ПТ как генератора тока

1. Соберите схему эксперимента (рисунок 6) и установите ручку потенциометра R15 в крайнее левое положение. Изменяя Е1, получите зависимость I = f (U). Данные занесите в таблицу 3.

Рисунок 6

Таблица 3

U, В	14	12	10	8	6	4	2
I, мА

По данным таблицы 3 постройте график, подтверждающий признаки генератора тока: малые изменения тока при относительно больших изменениях напряжения.

2. Для рабочей точки U = 10 В определите и сравните значения статического и дифференциального сопротивлений. Рассчитайте эти сопротивления в точках U = 14; 12; 8; 6; 4 В и сделайте выводы. Постройте зависимость R_д = f(U) и определите диапазон наиболее рационального использования схемы как генератора тока.

3.2. Исследование ПТ в режиме электрически

управляемого сопротивления

1. Соберите схему эксперимента (рисунок 7, в цепи затвора ПТ – вольтметр постоянного тока, в цепи стока – милливольтметр переменного тока).

Рисунок 7

2. Установите по вольтметру генератора Г3-36 напряжение U_ВХ = 0.5 В (выход 0, 1) и частоту f = 1 кГц. Изменяя Е1, снимите зависимость U~ = f (U₌). Данные занесите в таблицу 4.

Таблица 4

U=, В	0,15	0,30	0,45	0,60	0,75	0,90	1,05	1,2	1,35
U~, В
К = U~ / UВХ
RП, кОм

В таблицу внесите также данные расчета коэффициента передачи делителя переменного напряжения, состоящего из сопротивления R5 и сопротивление канала ПТ R_П. На основе расчетов постройте зависимости

R_П = f (U₌) и К = f (U₌).

2. В схеме (рисунок 7) вместо вольтметра В3-38 подключите осциллограф. Входное напряжение пронаблюдайте с гнезда 17, выходное (с делителя) – с 23. Изменяя Е1, пронаблюдайте изменение U~ и его формы.

3. Переместите выход генератора с гнезда 0,1 в гнездо 1 и, изменяя его напряжение, пронаблюдайте форму выходного напряжения U~. Сделайте выводы.

3.4. Исследование ПТ в ключевом режиме

1. Смените макет № 1 на макет № 2. Соберите схему эксперимента (рисунок 8), где схема на VT3 выполняет функцию ключа, подключающую или отключающую нагрузку R19 от источника сигнала – генератора Г3-36. Установите на генераторе f = 1 кГц и напряжение 1 В (по вольтметру, встроенному в генератор).