Транзистор

IEPhO 2017/18, 9 кл.

5/10

Погрешности в задаче оценивать не требуется!

Теоретическая справка

Полевой транзистор – электрический прибор, вольт-амперная характеристика между двумя контактами которого управляется напряжением на третьем контакте. Управляющий контакт носит название затвор, остальные два контакта носят название сток и исток. Характерные сопротивления между затвором и истоком, затвором и стоком очень велики, но характерное сопротивление между стоком и истоком мало.

При больших положительных значениях напряжения между стоком и истоком \(U_{D S}=\phi_{D}-\phi_{S}>0\) значение силы тока \(I_{D S}\), протекающего от стока к истоку, практически перестает зависеть от \(U_{D S}\). Данное значение силы тока называют током насыщения.

Рис. 1. Обозначение полевого транзистора

Важно! В пунктах A1–A3 используйте один батарейный отсек для подачи напряжения между стоком и истоком.

Важно! Подвижный контакт потенциометра - самый дальний от поворотной ручки!

A1. Измерьте вольт-амперную характеристику транзистора \(I_{DS}\left(U_{DS}\right)\) между стоком и истоком при подаче нулевого напряжения \(U_{GS}\) между затвором и истоком. Определите ток насыщения \(I_{нас1}\).

A2. Измерьте вольт-амперную характеристику транзистора \(I_{DS}\left(U_{DS}\right)\) между стоком и истоком при подаче напряжения \(U_{GS}=\phi_{G}-\phi_{S}=3~В\) (подключении батарейного отсека) между затвором и истоком. Определите ток насыщения \(I_{нас2}\).

A3. Измерьте вольт-амперную характеристику транзистора \(I_{DS}\left(U_{DS}\right)\) между стоком и истоком при подаче напряжения \(U_{GS}=\phi_{G}-\phi_{S}=-3~В\) между затвором и истоком. Определите ток насыщения \(I_{нас3}\).

A4. Нанесите измеренные вольт-амперные характеристики на один график. За положительное направление тока \(I_{DS}\) примите направление сток-исток.

A5. Придумайте и зарисуйте схему, позволяющую измерять зависимость тока насыщения \(I_{нас}\) от напряжения \(U_{GS}\) между затвором и истоком. Снимите эту зависимость и постройте ее график. При каком напряжении \(U_0\) между затвором и истоком ток насыщения становится равным нулю?

Оборудование

Два мультиметра
Два батарейных отсека с батарейками
Транзистор
Соединительные провода
Потенциометр

▶Показать разборСкрыть разбор

Ответ

A1: \[U_{GS}=0~В,\quad I_{нас1}=13.7~мА\]; A2: \[U_{GS}=3~В,\quad I_{нас2}=45.2~мА\]; A3: \[U_{GS}=-3~В,\quad I_{нас3}=0~мА\]; A5: \[U_0\approx -0.6~В\]

Решение

A1. Для измерения вольт-амперной характеристики транзистора между стоком и истоком при нулевом напряжении между истоком и затвором соберем схему, изображенную на рисунке 2.

Рис. 2. Установка для измерения вольт-амперной характеристики между стоком и истоком и нулевом напряжении между затвором и истоком

Ответ:

\(I,~мА\)	13.7	13.4	13.0	12.9	12.4	12.1	11.9	11.3	10.8	10.1	9.4	8.7	8.2	7.4	6.9	6.1	5.7
\(U,~В\)	2.97	2.58	2.00	1.83	1.40	1.19	1.06	0.84	0.70	0.58	0.49	0.43	0.39	0.33	0.30	0.26	0.23

\(I,~мА\)	5.1	4.1	2.8	0.0	-3.7	-4.8	-6.0	-7.7	-10.0	-11.7	-13.9	-16.8	-21.2	-24.5	-29.6	-35.3	-49.7
\(U,~В\)	0.20	0.16	0.10	0.00	-0.11	-0.14	-0.18	-0.22	-0.28	-0.32	-0.37	-0.43	-0.53	-0.61	-0.79	-1.08	-1.59

Ответ:

\[U_{GS}=0~В,\quad I_{нас1}=13.7~мА\]

A2. Для измерения вольт-амперной характеристики транзистора между стоком и истоком при нулевом напряжении \(3~В\) между стоком и затвором немного модифицируем схему, добавив еще один батарейный отсек (рисунок 3).

Рис. 3. Установка для измерения вольт-амперной характеристики между стоком и истоком при \(U_{GS}=3~В\)

Ответ:

\(I,~мА\)	45.2	45.2	45.0	44.7	44.2	43.8	43.4	43.0	42.5	41.3	40.4	39.5	38.3	36.7	35.0
\(U,~В\)	2.50	2.40	2.30	2.20	2.00	1.90	1.80	1.70	1.60	1.40	1.30	1.20	1.10	1.00	0.90

\(I,~мА\)	32.9	30.2	27.5	24.4	20.3	16.4	11.5	5.9	0.0	-6.4	-11.6	-16.7	-20.5	-24.7	-27.6
\(U,~В\)	0.80	0.70	0.60	0.50	0.40	0.30	0.20	0.10	0.00	-0.10	-0.20	-0.30	-0.40	-0.50	-0.60

\(I,~мА\)	-30.5	-32.8	-35.1	-37.0	-38.5	-39.9	-41.1	-43.0	-43.8	-44.4	-45.6	-46.6	-47.6	-38.1
\(U,~В\)	-0.70	-0.80	-0.90	-1.00	-1.10	-1.20	-1.30	-1.50	-1.60	-1.70	-1.90	-2.10	-2.20	-2.40

Ответ:

\[U_{GS}=3~В,\quad I_{нас2}=45.2~мА\]

A3. Для измерения вольт-амперной характеристики транзистора между стоком и истоком при нулевом напряжении \(-3~В\) между стоком и затвором немного модифицируем схему, поменяем полярность добавленного батарейного отсека (рисунок 4).

Рис. 4. Установка для измерения вольт-амперной характеристики между стоком и истоком при \(U_{GS}=-3~B\)

Ответ:

\(I,~мА\)	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	-0.2	-0.9	-2.2	-4.0	-6.8
\(U,~В\)	2.80	2.50	2.00	1.50	1.00	0.50	0.00	-0.50	-1.00	-1.50	-2.00	-2.20	-2.30	-2.40	-2.50	-2.60	-2.72

Ответ:

\[U_{GS}=-3~В,\quad I_{нас3}=0~мА\]

A4. Нанесем измеренные вольт-амперные характеристики на график.

Ответ:

График зависимости \(I\) от \(U\)

A5. Для измерения зависимости тока насыщения от напряжения затвор-исток соберем схему, изображенную на рисунке 5.

Рис. 5. Схема для измерения зависимости тока сток-исток от напряжения затвор-исток

Измерения занесем в таблицу и построим график исследованной зависимости. Так как измерить напряжение между затвором и истоком, при котором ток через транзистор пропадает, напрямую невозможно, экстраполируем полученный график до пересечения осью напряжений. Откуда найдем напряжение, при котором ток через транзистор не течет.

Ответ:

\[U_0\approx -0.6~В\]

\(I_{нас},~мА\)	49.7	49.2	47.5	46.4	44.7	44.0	42.6	41.5	40.4	37.1	29.9	22.2	15.7	13.7	8.6	4.0	2.3	1.6	1.2
\(U_{GS},~В\)	3.03	2.87	2.45	2.17	1.74	1.55	1.25	1.03	0.84	0.56	0.39	0.22	0.06	0.00	-0.16	-0.34	-0.42	-0.47	-0.50

Ответ:

График зависимости \(I_{нас}\) от \(U_{GS}\)

Источник: pho.rs/p/4186.

Вся олимпиада на сайте

в вариантСтраница задачиОшибка в задаче?

Транзистор

Транзистор

Похожие задачи