Характеристики и параметры оптрона.

Оптрон можно рассматривать как четырехполюсник, свойства которого описываются входной, передаточной и выходной характеристиками.

Входной характеристикой является ВАХ светодиода, выходной – соответствующая характеристика фотоприемника при заданном входном токе оптрона.

Передаточная характеристика – это зависимость I_вых = f(I_вх).

 

Рис. 1.19 Передаточная характеристика диодного оптрона.

Для диодного оптрона наблюдается хорошая линейность передаточной характеристики (рис.1.19).

Передаточные параметры в зависимости от типа оптрона определяются:

· коэффициентом передачи по току I_вых/I_вх для диодных и транзисторных оптронов (К_i - диодных 0,2 ÷ 0,005, у транзисторных - до 1);

· отношением темнового сопротивления к световому для резисторных R_т/R_c;

· минимально допустимым входным током управления для тиристорных;

К передаточным относятся параметры характеризующие быстродействие оптрона: время включения и выключения.

Качество гальванической развязки характеризуется параметрами изоляции:

· напряжением изоляции U_из;

· сопротивлением изоляции R_из (10¹² – 10¹⁴ Ом)

· проходной емкостью (C_пр» 1 ÷ 2 пФ).

Основными параметрами для входной цепи оптопар являются:

1. Номинальный входной ток I_{вх ном} – значение тока, рекомендуемое для оптимальной эксплуатации оптопары, а также для снятия ее основных параметров.

2. Входное напряжение U_вх – падение напряжения на излучательном диоде при
протекании номинального входного тока I_{вх ном}.

3. Входная емкость С_вх – емкость между входными выводами оптопары в номинальном режиме.

4. Максимальный входной ток I_{вх макс} – максимальное значение посто­янного прямого тока, при котором сохраняется работоспособность оптопары.

5. Обратное входное напряжение U_{вх обр} максимальное значение об­ратного напряжения любой формы (постоянное, импульсное, синусоидальное и др.), которое длительно выдерживает излучательный диод без нарушения нормальной работы.

Выходными параметрами оптопары являются:

1. Максимально допустимое обратное выходное напряжение U_{вых обр макс} – максимальное значение обратного напряжения любой формы, которое выдерживает фотоприемник без нарушения нормальной работы.

2. Максимально допустимый выходной ток I_{вых макс} – максимальное значение тока,

протекающего через фотоприемник во включенном состоянии оптопары.

3. Ток утечки (темновой ток) на выходе I_ут — ток на выходе оптопары при I_вх =0 и заданном значении и полярности U_вых.

 

 

 

МИКРОЭЛЕКТРОНИКА

5.1. Основные определения

Микроэлектроника – это раздел электроники, охватываю­щий исследования и разработку качественно нового типа элект­ронных приборов (интегральных микросхем) и принципов их применения.

Первые этапы развития микроэлектроники были характер­ны главным образом прогрессом в области технологии ИС. На этих этапах совершенствовались методы изоляции элементов, методы повышения степени интеграции, способы монтажа на­весных компонентов и т.п. Что касается схемотехники (т.е. конфигурации схем, подлежащих интеграции), то на первых порах она заимствовалась из арсенала дискретной транзистор­ной электроники.

Однако вскоре стало ясно, что качественно новой технологи­ческой реализации, свойственной ИС, должны соответствовать адекватные схемные решения. Далеко не все схемы, считавши­еся типичными в дискретной транзисторной электронике, ока­зались приемлемыми в микроэлектронике. И наоборот, многие схемы, которые в дискретной транзисторной электронике счи­тались «экзотическими» и не имели широкого распростране­ния, в микроэлектронике оказались приемлемыми и даже оп­тимальными. Поэтому схемотехника ИС отнюдь не совпадает с обычной транзисторной схемотехникой.

В процессе развития микроэлектроники появилось немало специфических элементов ИС, которые не имеют аналогов в транзисторной схемотехнике и не выпускаются в качестве ди­скретных полупроводниковых приборов (например, многоэмиттерный транзистор, приборы с зарядовой связью и др.). Интег­ральные схемы, в которых используются такие специфические элементы, не могут быть даже промоделированы на дискрет­ных компонентах.

Интегральная микросхема (или просто интегральная схема) - это совокупность, как правило, большого количества взаимо­связанных компонентов (транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов и т.п.), изготовленная в едином технологическом цикле, на одной и той же несущей конст­рукции (подложке) и выполняющая определенную функ­цию преобразования информации.

Термин «интегральная схема» (ИС) отражает факт объеди­нения (интеграции) отдельных деталей – компонентов – в конструктивно единый прибор, а также факт усложнения выполняемых этим прибором функций по сравнению с функция­ми отдельных компонентов.

Компоненты, которые входят в состав ИС и, тем самым, не мо­гут быть выделены из нее в качестве самостоятельных изделий, называются элементами ИС, или интегральными элементами. Элементы ИС обладают некоторыми особенностями по сравнению с тран­зисторами и т.д., которые изготавливаются в виде конструктив­но обособленных единиц и соединяются в схему путем пайки.

В основе развития электроники лежит непрерывное усложне­ние функций, выполняемых электронной аппаратурой. На опре­деленных этапах становится невозможным решать новые задачи старыми средствами или, как говорят, на основе старой элемен­тной базы, например с помощью электронных ламп или диск­ретных транзисторов. Основными факторами, лежащими в осно­ве смены элементной базы, являются: надежность, габариты и масса, стоимость и мощность.

Особенностью изделий микроэлектроники является высокая степень сложности выполняемых функций, для чего создаются схемы, в которых количество компонентов исчисляется миллио­нами. Отсюда ясно, что обеспечить надежность функционирова­ния при соединении компонентов вручную – задача невыполни­мая. Единственным способом ее решения является применение качественно новых высоких технологий.

Для изготовления интегральных схем используется группо­вой метод производства и планарная технология.

Групповой метод производства заключается в том, что,

· во-первых, на одной пластине полупроводникового материала одновременно изготавливается большое количество интеграль­ных схем;

· во-вторых, если позволяет технологический процесс, то одновременно обрабатываются десятки таких пластин.

По­сле завершения цикла изготовления ИС пластина разрезается в двух взаимно-перпендикулярных направлениях на отдельные кристаллы (по-английски chip – чип), каждый из которых представляет собой ИС.

Планарная технология – это такая организация техноло­гического процесса, когда все элементы и их составляющие со­здаются в интегральной схеме путем их формирования через плоскость (по-английски плоскость – plane).

Одна или несколько технологических операций при изготов­лении ИС заключается в соединении отдельных элементов в схе­му и присоединении их к специальным контактным площадкам. Поэтому необходимо, чтобы выводы всех элементов и контакт­ные площадки находились в одной плоскости. Такую возмож­ность обеспечивает планарная технология.

Финальная операция – корпусирование – это помещение ИС в корпус с присоединением контактных площадок к нож­кам ИС (рис. 10.1).

Типы Интегральных схем

В процессе развития микроэлектроники (МЭ) номенклатура ИС непрерывно изменялась. Главный тип ИС в настоящее вре­мя – полупроводниковые ИС. Им и будет посвящено основное содержание этого пособия.

Классификация ИС

Классификация ИС может производи­ться по различным признакам, ограничимся здесь лишь одним. По способу изготовления и получаемой при этом структуре раз­личают интегральные схемы двух принципиально разных типов: полупроводниковые и пленочные.

Полупроводниковая ИС – это микросхема, элементы кото­рой выполнены в приповерхностном слое полупроводниковой подложки (рис. 10.2). Эти ИС составляют основу современной микроэлектроники.

Пленочная ИС – это микросхема, элементы которой выпол­нены в виде разного рода пленок, нанесенных на поверхность диэлектрической подложки (рис.10.3). В зависимости от спосо­ба нанесения пленок и связанной с этим их толщиной различа­ют тонкопленочные ИС (толщина пленок до 1 - 2 мкм) и толстопленочные ИС (толщина пленок от 10 - 20 мкм и выше).

Поскольку до сих пор никакая комбинация напыленных пленок не позволяет получить активные элементы типа транзи­сторов, пленочные ИС содержат только пассивные элементы (резисторы, конденсаторы и т.п.). Поэтому функции, выполня­емые чисто пленочными ИС, крайне ограничены. Чтобы прео­долеть эти ограничения, пленочную ИС дополняют активными компонентами (отдельными транзисторами или ИС), распола­гая их на той же подложке и соединяя с пленочными элемента­ми. Тогда получается ИС, которую называют гибридной.

Гибридная ИС (или ГИС) – это микросхема, которая пред­ставляет собой комбинацию пленочных пассивных элементов и активных компонентов, расположенных на общей диэлектри­ческой подложке. Дискретные компоненты, входящие в состав гибридной ИС, называют навесными, подчеркивая этим их обо­собленность от основного технологического цикла получения пленочной части схемы.

Еще один тип «смешанных» ИС, в которых сочетаются по­лупроводниковые и пленочные интегральные элементы, назы­вают совмещенными.

Совмещенная ИС – это микросхема, у которой активные элементы выполнены в приповерхностном слое полупроводни­кового кристалла (как у полупроводниковой ИС), а пассивные нанесены в виде пленок на предварительно изолированную по­верхность того же кристалла (как у пленочной ИС).

Совмещенные ИС выгодны тогда, когда необходимы высо­кие номиналы и высокая стабильность сопротивлений и емкостей; эти требования легче обеспечить с помощью пленочных элементов, чем с помощью полупроводниковых.

Во всех типах ИС межсоединения элементов осуществляют­ся с помощью тонких металлических полосок, напыленных или нанесенных на поверхность подложки и в нужных местах контактирующих с соединяемыми элементами. Процесс нане­сения этих соединительных полосок называют металлизацией, а сам «рисунок» межсоединений – металлической разводкой.

Полупроводниковые ИС

В настоящее время различают следу­ющие полупроводниковые ИС: биполярные, МОП (металл-оки­сел-полупроводник) и БИМОП. Последние представляют собой сочетание первых двух, и в них комбинируются положительные их качества.

Технология полупроводниковых ИС основана на легирова­нии полупроводниковой (кремниевой) пластины поочередно донорными и акцепторными примесями, в результате чего под поверхностью образуются тонкие слои с разным типом прово­димости и p-n-переходы на границах слоев. Отдельные слои ис­пользуются в качестве резисторов, а p-n-переходы – в диод­ных и транзисторных структурах.

Легирование пластины приходится осуществлять локально, т.е. на отдельных участках, разделенных достаточно большими расстояниями. Локальное легирование осуществляется с помо­щью специальных масок с отверстиями, через которые атомы примеси проникают в пластину на нужных участках. При изго­товлении полупроводниковых ИС роль маски обычно играет пленка двуокиси кремния Si0₂, покрывающая поверхность крем­ниевой пластины. В этой пленке специальными методами грави­руется необходимая совокупность отверстий различной формы или, как говорят, необходимый рисунок
(рис. 10.4). Отверстия в масках, в частности в окисной пленке, называют окнами.

Кратко охарактеризуем составные части (элементы) полупроводниковых ИС. Основным элементом биполярных ИС является n-p-n-транзистор. На его изготовление ориентируется весь технологический цикл. Все другие элементы должны изго­тавливаться, по возможности, одновременно с этим транзисто­ром, без дополнительных технологических операций.

Основным элементом МДП ИС является МДП-транзистор. Изготовление других элементов также подстраивается под ба­зовый транзистор. Элементы биполярной ИС необходимо тем или иным спосо­бом изолировать друг от друга с тем, чтобы они не взаимодейст­вовали через кристалл.

Элементы МОП ИС не нуждаются в специальной изоляции друг от друга, так как между смежными МОП-транзисторами взаимодействия не существует. В этом – одно из главных преимуществ МОП ИС по сравнению с биполярными.

Характерная особенность полупроводниковых ИС состоит в том, что среди их элементов отсутствуют катушки индуктивно­сти и, тем более, трансформаторы. Это объясняется тем, что до сих пор не удалось использовать в твердом теле какое-либо фи­зическое явление, эквивалентное электромагнитной индукции. Поэтому при разработке ИС стараются реализовать необходи­мую функцию без использования индуктивностей, что в боль­шинстве случаев удается. Если же катушка индуктивности или трансформатор принципиально необходимы, их приходится ис­пользовать в виде навесных компонентов.

Размеры кристаллов у современных полупроводниковых ИС достигают 20 х 20 мм². Чем больше площадь кристалла, тем бо­лее сложную, более многоэлементную ИС можно на нем размес­тить. При одной и той же площади кристалла можно увеличить количество в нем элементов, уменьшая их размеры и расстояния между ними.

Функциональную сложность ИС принято характеризовать степенью интеграции, т.е. количеством элементов (чаще всего транзисторов) на кристалле. Максимальная степень интегра­ции составляет 10⁶ элементов на кристалле. Повышение степе­ни интеграции (а вместе с нею и сложности функций, выполня­емых ИС) – одна из главных тенденций в микроэлектронике.

Для количественной оценки степени интеграции используют условный коэффициент:

k = lg N.

В зависимости от его значения интег­ральные схемы называются по-разному:

· интегральная схема (ИС)	k < 2	(N < 100);
· интегральная схема средней степени интег­рации (СИС)	2 < k < 3	(N < 1000);
· большая интегральная схема (БИС)	3 < k < 5	(N < 10^5);
· сверхбольшая интегральная схема (СБИС)	k >5	(N > 10^5).

Кроме степени интеграции, используют еще такой показа­тель, как плотность упаковки – количество элементов (чаще всего транзисторов) на единицу площади кристалла. Этот пока­затель, который характеризует, главным образом, уровень тех­нологии, в настоящее время составляет до 500 - 1000 элемен­тов на 1 мм².

Гибридные ИС

Пленочные, а значит, и гибридные ИС в за­висимости от технологии изготовления делятся на толсто- и тонкопленочные.

Толстопленочные ГИС (обозначим их ТсГИС) изготавливают­ся весьма просто. На диэлектрическую пластинку-подложку на­носят пасты разного состава. Проводящие пасты обеспечивают межсоединения элементов, обкладки конденсаторов и выводы к штырькам корпуса; резистивные – получение резисторов; диэ­лектрические – изоляцию между обкладками конденсаторов и общую защиту поверхности готовой ГИС. Каждый слой должен иметь свою конфигурацию, свой рисунок. Поэтому при изготов­лении каждого слоя пасту наносят через свою маску (трафа­рет) с окнами в тех местах, куда должна попасть паста данно­го слоя. После этого приклеивают навесные компоненты и сое­диняют их выводы с контактными площадками.

Тонкопленочные ГИС (обозначим их ТкГИС) изготавливают­ся по более сложной технологии, чем ТсГИС. Классическая тонкопленочная технология характерна тем, что пленки осаж­даются на подложку из газовой фазы. Вырастив очередную пленку, меняют химический состав газа и, тем самым, электро­физические свойства следующей пленки. Таким образом, поочередно получают проводящие, резистивные и диэлектрические слои. Конфигурация (рисунок) каждого слоя определяется либо трафаретом, как в случае ТсГИС, либо маской, подобно окисной маске в полупроводниковых ИС (см. рис.143).

Навесные элементы в ТкГИС, как и в ТсГИС, приклеивают на поверхность готовой пленочной части схемы и соединяют с соответствующими контактными площадками элементов.

Степень интеграции ГИС не может оцениваться так же, как в случае полупроводниковых ИС. Тем не менее, существует тер­мин большая ГИС (или БГИС), который означает, что в состав ГИС в качестве навесных компонентов входят не отдельные транзисторы, а целые полупроводниковые ИС.

5.3. Особенности интегральных схем как нового
типа электронных приборов

Поскольку ИС, подобно транзистору, представляет собой кон­структивное единое целое, выполняет определенную функцию и должна удовлетворять определенным требованиям при испыта­ниях, поставках и эксплуатации, она относится к разряду элект­ронных приборов. Однако по сравнению с диодом, транзистором и т.п. ИС является качественно новым типом прибора.

Первая – главная особенность ИС как электронного прибо­ра состоит в том, что она самостоятельно выполняет закончен­ную, часто весьма сложную функцию, тогда как элементарные электронные приборы выполняют аналогичную функцию толь­ко в ансамбле с другими компонентами. Например, отдельный транзистор не может обеспечить усиление сигнала или запоми­нание информации. Для этого нужно из нескольких транзисто­ров, резисторов и других компонентов собрать (спаять) соответ­ствующую схему. В микроэлектронике же указанные функции выполняются одним прибором – интегральной схемой. Она мо­жет быть усилителем, запоминающим устройством и т.п.

Второй важной особенностью ИС является то, что повыше­ние функциональной сложности этого прибора по сравнению с элементарными не сопровождается ухудшением какого-либо из основных показателей (надежности, стоимости и т.п.). Более того, все эти показатели улучшаются.

Поскольку габариты и масса простых и средних ИС близки к габаритам и массе дискретных транзисторов, то можно считать, что в первом приближении выигрыш по этим показателям при переходе от дискретных схем к интегральным определяется степенью интеграции и может достигать сотен и тысяч раз.

Поскольку надежность работы полупроводникового прибора в аппаратуре определяется, прежде всего, количеством паяных и (в меньшей степени) сварных соединений, то ИС, у которых межсоединения элементов осуществляются путем металлиза­ции (т.е. без пайки и сварки), обладают заведомо повышенной надежностью по сравнению с дискретными схемами, выполня­ющими ту же функцию. По мере увеличения степени интегра­ции этот выигрыш возрастает.

Поскольку все элементы ИС изготавливаются в едином тех­нологическом цикле, то количество технологических операций по их изготовлению не намного превышает количество опера­ций по изготовлению отдельного транзистора. Поэтому стои­мость ИС при прочих равных условиях близка к стоимости од­ного транзистора. Значит, в зависимости от степени интегра­ции (или, точнее, от плотности упаковки), стоимость одного элемента ИС по сравнению со стоимостью аналогичного диск­ретного компонента может быть в сотни раз меньше. Такое же соотношение существует между стоимостью ИС и стоимостью аналогичной схемы, выполненной на дискретных компонентах.

Третья особенность ИС состоит в предпочтительности актив­ных элементов перед пассивными – принцип, диаметрально противоположный тому, который свойствен дискретной транзи­сторной технике. В последней активные компоненты, особенно транзисторы, наиболее дорогие, и потому оптимизация схемы при прочих равных условиях состоит в уменьшении количества активных компонентов. В ИС дело обстоит иначе: у них задана стоимость не элемента, а кристалла; поэтому целесообразно раз­мещать на кристалле как можно больше элементов с минималь­ной площадью. Минимальную площадь имеют активные элемен­ты – транзисторы и диоды, а максимальную – пассивные. Сле­довательно, оптимальная ИС – это ИС, у которой сведены к минимуму количество и номиналы резисторов и, особенно, кон­денсаторов.

Точный выигрыш в габаритах и массе трудно оценить теоретическим расче­том, так как ИС имеют другие типоразмеры корпусов и большее число выво­дов, чем элементарные компоненты.

Четвертая особенность ИС связана с тем, что смежные эле­менты расположены друг от друга на расстоянии, измеряемом в микрометрах или долях микрометра. На таких малых расстояниях различие электрофизических свойств материала маловероятно, а, следова­тельно, маловероятен и значительный разброс параметров у смежных элементов. Иначе говоря, параметры смежных элемен­тов взаимосвязаны (коррелированы). Эта корреляция сохраня­ется и при изменении температуры: у смежных элементов тем­пературные коэффициенты параметров практически одинаковы. Корреляция между параметрами смежных элементов использу­ется при проектировании некоторых ИС с целью снизить влия­ние разброса параметров и изменений температуры.

Гибридные ИС тоже представляют собой тип электронных приборов. Однако наличие навесных компонентов делает их ме­нее специфичными, чем полупроводниковые ИС. Остается в силе фундаментальная черта всякой ИС – функциональная сложность прибора, что, как и при использовании полупровод­никовых ИС, качественно меняет структуру электронной аппа­ратуры. Спецификой ГИС как прибора могут быть либо высокие номиналы резисторов и конденсаторов, недостижимые в полу­проводниковых ИС, либо прецизионность резисторов, либо, на­конец, повышенная функциональная сложность. Гибридные ИС – это гиб­кий, дешевый, оперативно проектируемый тип ИС, хорошо при­способленный к решению специальных, частных задач.

 

 

ЛАБОРАТОРНые РАБОТы

абораторная работа 1
Исследование работы выпрямительного диода и стабилитрона

1.1 Исследование работы выпрямительного диода.

1.1.2. Порядок выполнения работы

1.1.2.1. Подготовка к проведению измерений

В работе исследуется выпрямительный диод. Исследование ВАХ диода проводится с помощью универсальной установки 87Л-01. Схемы для снятия прямых и обратных характеристик приведены на рис. 1.3 и 1.4.

Рисунок 1.3 Рисунок 1.4

 

На схемах приняты следующие обозначения: V-исследуемый диод; ГТ-источник постоянного тока (генератор тока), пределы изменения тока 0-10мА; ГН-источник постоянного напряжения (генератор напряжения); РА1, РА2, РU1, PU2-измерительные приборы (выбираются исходя из паспортных данных исследуемого ПД). Схема, приведенная на рис. 1.3. позволяет исследовать работу диода при прямых напряжениях, на рис. 1.4. - при обратных.

 

1.1.2.2. Исследование прямой ветви ВАХ ПД (см. рис. 1.3.) Снять ВАХ i=f(U) ПД в области прямых напряжений. При эксперименте не превышать допустимое значение прямого тока i_доп. Для этого удобнее задавать значение тока через диод и отмечать получающееся при этом на диоде напряжение. Данные измерений занести в таблицу и на график. Пользуясь полученными данными, определить при i=10мА значение дифференциального сопротивления r_g= .

 

1.1.2.3 Исследование обратной ветви ВАХ ПД (см. рис. 1.4.) Снять ВАХ i=f(U) ПД в области обратных напряжений. При эксперименте не превышать значение допустимого обратного напряжения U_{обр.доп.}. Данные измерений занести в таблицу и на график.

Пользуясь данными, полученными в предыдущем пункте, определить значение дифференциального сопротивления при U_обр.= -10В. Прямую и обратную характеристики построить на одном графике, выбирая по вертикальным и горизонтальным осям различные масштабы.

 

1.2 Исследование работы стабилитрона

1.2.2. Порядок выполнения работы

На той же установки 87Л-01 по схеме 1.6. снимается ВАХ стабилитрона и определяется его дифференциальное сопротивление.

Рисунок 1.6

 

 

1.2.2.1. Снять ВАХ стабилитрона в области прямых напряжений (см. п. 1.1.2.2)

1.2.2.2. Провести исследование обратной ветви стабилитрона.

Снять ВАХ стабилитрона в области обратных напряжений (ГН2 не подключать, соединить гнезда Х13 и Х14). Так как изменения напряжения U_сm в области стабилизации невелики в широком диапазоне изменения токов диода, изменение приращения этого напряжения △U_cm производится компенсационным способом по схеме рис.1.6. При настройке схемы необходимо установить ток стабилизации, равный I_{cm min.} = 3мА Изменением напряжения на выходе генератора напряжения ГН2 добиться нулевого показания вольтметра PU2. Установить предел измерений прибора PU2 0,5В и, изменяя ток стабилизации, измерить приращение напряжения стабилизации △U_cm. Определить значение дифференциального сопротивления стабилитрона.

 

Лабораторная работа 2
ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Цель работы: изучить методику экспериментального исследования статических характеристик биполярного транзистора и определения по ним h-параметров.

Описание лабораторной установки

Работа выполняется на универсальной установке 87Л-01 (рис. 1).

Ток базы I_б (входной для данной схемы) подается от генератора тока ГТ, напряжение U_кэ (выходное) – от генератора напряжения ГН2. Измерительные приборы, а также пределы их измерений выбираются исходя из паспортных данных исследуемого транзистора.

Порядок выполнения работ

1. Изучить принцип действия транзистора, обратив внимание на его основное свойство – способность усиливать электрические сигналы.

2. Выписать из справочника основные параметры исследуемого транзистора

3. Для исследования ВАХ транзистора собрать схему с ОЭ (см. рис. 1).

4. Снять семейство входных характеристик при напряжениях U_кэ = 0 и U_кэ = 10 В и управ­ляющую характеристику при напряжении U_кэ =10В. Напряжение U_бэ изменять от нуля до значения, при котором ток коллектора достигает значения I_к.доп для данного транзи­стора. Обе зависимости реко­мендуется воспроизвести на од­ном графике, выбрав разные мас­штабы по оси токов.

5. Снять семейство выходных характеристик транзистора при трех значениях тока базы. Значения токов I_Б, при которых снимаются выходные характеристики, определить так, чтобы наибольшее значение I_Б соответствовало значению I_К, близкому к 0,8×I_К.доп., а наименьшее значение – значению 0,4×I_К.доп.. Третье значение I_Б выбрать среднее между ними (следует помнить, что ток базы и ток коллектора связаны следующим соотношением I_б = I_к / h_21э).

6. По экспериментальным дан­ным построить характеристики.

7. Определить h-параметры транзистора в схеме с ОЭ. Параметры h_22э и h_21э определяют по выходным, а h_11э и h_12э – по входным характеристикам.

1) Определение выходной проводимости транзистора в схеме с ОЭ h_22э.

На линейном участке выходных характеристик транзистора, полу­ченных экспериментально в схеме ОЭ, выбрать рабочую точку А (т.е. задать I_бп и U_кэп), в кото­рой требуется найти h-параметры (рис. 2).

 

Далее при постоянном токе базы I_бп задать приращение и найти получающееся при этом приращение тока коллектора . Выходная проводимость транзи­стора h_22Э вычисляется по форму­ле:

,

2) Определение коэффициента передачи тока в схеме ОЭ h_21э.

По выходным характеристикам схемы ОЭ (рис. 2) при посто­янном напряжении на коллекторе (U_КЭП=const), определить приращение тока коллектора , переходя вдоль вертикаль­ной оси с характеристики с базовым током I_Б1, до другой -с базовым током I_Б3. Коэффициент передачи тока h_21Э вычисляется по формуле:

.

3) Определение входного сопротивления в схеме с ОЭ h_11э.

На входных, характеристиках транзистора с ОЭ (рис. 3), полу­ченных экспериментально, выбрать ра­бочую точку А, ту же, что и при опре­делении параметра h_22Э.

Задать приращение тока базы () при постоянном напряжении на коллекторе и найти получившееся при этом приращение напряжения базы (). Входное сопротивление h_11э оп­ределяется по формуле:

.

4) Определение коэффициента обратной связи по напряжению h_12э.

По входным характеристикам в той же рабочей точке А при постоян­ном токе базы задать приращение напряжения «коллектор – эмиттер» () (перейти на соседнюю характеристику) (рис.3.). Определить получающееся при этом изменение напряжения «база – эмиттер» ().

Коэффициент обратной связи по напряжению h_12э находится по формуле:

.

Для маломощных низкочастотных транзисторов, работающих в активном режиме в схеме с ОЭ, значения h-параметров лежат в пределах:

h11э = 10²...10³ Ом; h_12э = 10 ^-4...10 ^-3;

h_21э = 10...100; h_22э = 10 ^-5...10 ^-4 Ом ^–1.

 

Лабораторная работа 3
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С УПРАВЛЯЮЩИМ P-N ПЕРЕХДОМ

 

4.2. Порядок выполнения работы.

Работа выполняется на универсальной установке 87Л-01.

Схема исследования полевого транзистора показана на рис. 4.5.

4.2.1. Исследовать влияние напряжения на затворе на ток стока.

4.2.1.1. Снять управляющую характеристику транзистора i_C=f(U_ЗИ) при напряжении на стоке U_СИ=6 В. Данные эксперимента занести в таблицу и на график.

4.2.1.2. По данным п. 4.2.1.1. найти напряжение отсечки U_ЗИ0.

 

Рисунок 4.5

 

4.2.1.3. Найти значение крутизны S=∆i_C/∆U_ЗИ.

4.2.2. исследовать влияние напряжения на стоке на ток стока.

4.2.2.1 Снять семейство выходных характеристик транзистора i_C=f(U_СИ) при трех значениях напряжения на затворе: U_ЗИ=0,3U_ЗИ0, 0,5U_ЗИ0, 0,7U_ЗИ0.

4.2.2.2 Указать для каждой характеристики границу между линейным режимом и режимом насыщения.

4.2.2.3 Определить значение выходного сопротивления транзистора r_C в линейном диапазоне и в режиме насыщения. Построить зависимость r_C=f(U_ЗИ) для линейного режима.

 

6. Контрольная работа

 

 

Контрольная работа состоит из пяти теоретических вопросов. Перед выполнением контрольной работы необходимо изучить соответствующие разделы курса. Ответы на вопросы должны быть ясными и сформулированными самостоятельно, с указанием использованной литературы. Рекомендуется пояснять ответ рисунками, схемами, графиками и формулами.

Вариант задания соответствует сумме двух последних цифр учебного шифра студенческого билета.

Вариант задания	Номера вопросов	Вариант задания	Номера вопросов
	1, 15, 26, 38, 47		11, 24, 28, 38, 49
	2, 13, 27, 41, 46		12, 19, 32, 36, 48
	3, 17, 29, 39, 50		7, 22, 27, 39, 47
	4, 18, 34, 44, 53		8, 18, 35, 40, 55
	5, 22, 28, 36, 54		5, 13, 34, 45, 49
	6, 15, 31, 45, 52		9, 20, 26, 44, 46
	7, 14, 32, 40, 46		6, 16, 30, 41, 58
	8, 16, 30, 43, 56		10, 19, 31, 42, 54
	9, 23, 35, 37, 58		11, 17, 33, 40, 50
	10, 21, 25, 42, 57

 

Задание 1

 

1.Как возникает проводимость химически чистых полупроводников. Как она изменяется при изменении температуры? Процессы генерации и рекомбинации.

2.Для чего вносят примеси в химически чистые полупроводники?

3.При введении какой примеси и как получают полупроводники p-типа Какие носители являются основными.

4. При введении какой примеси и как получают полупроводники n-типа? Какие носители являются основными.

5. Дрейф и диффузия носителей заряда в полупроводниках.

6. Физические основы образования электронно-дырочного перехода. Симметричные и несимметричные p-n-переходы.

7. Физические процессы в p-n-переходе при приложении прямого напряжения.Что такое инжекция неосновных носителей заряда?

8. Физические процессы в p-n-переходе при приложении обратного напряжения.Что такое экстракция неосновных носителей заряда?

9. Теоретическая ВАХ p-n-перехода. Влияние температуры на ВАХ перехода. Выпрямительный диод, его параметры.

10.Емкости p-n-перехода, их вольт-фарадные характеристики. Варикап.

11. Что называется пробоем перехода? Перечислить виды пробоя. Стабилитрон, его ВАХ и параметры.

12. Лавинный, туннельный и тепловой пробои. Условия возникновения, физические процессы, влияние температуры на пробивное напряжение.

 

Задание 2

13. Структура и принцип действия биполярного бездрейфого транзистора.

14. Нарисовать схемы включения транзистора с ОБ, ОЭ и ОК для
структур p-n-p и n-p-n. Указать полярность напряжений и направления токов при работе транзистора в активном режиме.

15. Из каких компонент состоят токи через эмиттерный и
коллекторный переходы транзистора?

16. Режимы работы биполярного транзистора.

17. Нарисовать и объяснить входные и выходные характеристики
транзистора для схемы ОБ.

18. Нарисовать и объяснить входные и выходные характеристики
транзистора для схем ОЭ.

19. Показать на входных и выходных характеристиках области,
соответствующие режимам: активному, отсечки и насыщения.

20. Изобразить схемы включения биполярных транзисторов. Какими свойствами они отличаются?

21. Объяснить влияние температуры на входные характеристики
биполярного транзистора в схемах включения с ОБ и ОЭ.

22. Объяснить влияние температуры на выходные характеристики
биполярного транзистора в схемах включения с ОБ и ОЭ.

23. Привести систему Н-параметров транзистора, указать физический смысл каждого параметра и показать их определение по характеристикам.

24. Назвать основные типы биполярных транзисторов (с точки зрения
мощностей и частот).

 

Задание 3

25. Какие существуют виды полевых транзисторов и чем отличается их

устройство?

26. Объяснить принцип действия полевых транзисторов с p-n переходом

27. Приведите эквивалентную схему полевого транзистора с управляющим переходом и объясните физический смысл входящих в нее элементов

28. Объяснить принцип действия полевых МДП транзисторов с индуцированным каналом.

29. Объяснить принцип дейс