《實(shí)驗(yàn)14 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Kp、F的測(cè)試》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《實(shí)驗(yàn)14 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管Kp、F的測(cè)試(17頁珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、School of MicroelectronicsXidian University實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)14 MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管Kp、F的測(cè)試的測(cè)試School of MicroelectronicsXidian University實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管是一類應(yīng)用廣泛的半導(dǎo)體器件 具有積體小,輸入阻抗高,輸入動(dòng)態(tài)范圍大,抗輻射能力強(qiáng),低頻噪聲系數(shù)小,熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。 制造工藝簡(jiǎn)單,集成度高,功耗小 通過了解電容-電壓法測(cè)量半導(dǎo)體中雜質(zhì)分布基本原理;學(xué)習(xí)函數(shù)記錄儀、C-V測(cè)試儀的使用方法;學(xué)會(huì)制作肖特基結(jié)并用C-V法測(cè)量半導(dǎo)體中雜質(zhì)分布。 了解MOSFET的Kp、F的測(cè)試原理;
2、掌握測(cè)定方法,觀察Kp、F 隨工作電流、工作電壓的變化關(guān)系。 School of MicroelectronicsXidian University功率增益測(cè)試原理 MOSFET Kp的測(cè)試 功率增益是MOSFET的重要參數(shù),是指放大器輸出端信號(hào)功率與輸入端信號(hào)功率之比,其定義公式為: 式中:PO、Pi 分別為放大器輸出,輸入功率;Kp為功率增益值。 實(shí)際上檢測(cè)PO、Pi有困難,根據(jù)MOSFET的等效電路,在輸入輸出共軛匹配時(shí),推導(dǎo)的功率表示式可知:School of MicroelectronicsXidian University其中 :由此可得到最佳功率增益表示式:由上式可見,Kp隨頻率
3、增加而下降,器件的截止頻率越高,功率增益值越大。 在實(shí)際測(cè)試中,功率增益的測(cè)試回路是指輸入、輸出端基本匹配的一對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行相對(duì)比較的一級(jí)高頻放大器。當(dāng)達(dá)到最佳匹配時(shí),把求功率比值的問題轉(zhuǎn)化成求電壓比的問題來處理。就有公式 : 功率增益測(cè)試原理School of MicroelectronicsXidian University 測(cè)量Kp時(shí),先使信號(hào)無衰減地進(jìn)行校正,使指示器固定在某一點(diǎn)作為參考點(diǎn)。在測(cè)量時(shí),調(diào)節(jié)測(cè)量回路的微調(diào)電容,使指示最大,并拔動(dòng)檔級(jí)衰減器使指針回到參考點(diǎn)。調(diào)節(jié)中和電路中的中和電容使指示最小,把測(cè)量,中和調(diào)節(jié)反復(fù)幾次后,就可從擋級(jí)衰減器上讀出功率增益值。功率增益測(cè)試原理Sc
4、hool of MicroelectronicsXidian University MOS場(chǎng)效應(yīng)管噪聲來源和表示式 低頻噪聲:MOS器件低頻噪聲來源主要是l /f 噪聲。大小與表面狀態(tài)有關(guān),它隨使用頻率升高而迅速降低,近似的與頻率成反比。 溝道熱噪聲:由于MOS器件導(dǎo)電溝道都存在一定的電阻。當(dāng)載流子運(yùn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的噪聲電壓,大小為: V=4KTfdR 誘生柵極噪聲:高頻下溝道熱噪聲電壓還將通過柵電容耦合柵極上,并在柵極感應(yīng)出噪聲,這種通過電容耦合而誘生的噪聲,叫做誘生噪聲,大小為 :噪聲系數(shù)F的測(cè)試原理School of MicroelectronicsXidian University MPS
5、FET高頻噪聲表示式:高頻MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲主要是溝道熱噪聲合誘生柵極噪聲,這是兩個(gè)相關(guān)的噪聲源,但其相關(guān)性可以忽略,并可當(dāng)作兩個(gè)獨(dú)立的噪聲源來對(duì)待。由噪聲公式可導(dǎo)出MOSFET 管的最小噪聲系數(shù)為: 其中: 在實(shí)際中,由于界面態(tài)等原因產(chǎn)生的噪聲也有可能擴(kuò)展到高頻段;同時(shí)還存在其它寄生因素產(chǎn)生的損耗,而實(shí)際噪聲大于理論值。 噪聲系數(shù)F的測(cè)試原理School of MicroelectronicsXidian University 在測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)時(shí),通常引入了與晶體管噪聲系數(shù)定義相同的方法進(jìn)行測(cè)量,即:測(cè)量回路輸出端總的噪聲功率與由于信號(hào)源內(nèi)阻熱噪聲所引起的,在其輸出端的噪聲功
6、率之比或者用輸入端信噪比與輸出端信噪比之比值: 測(cè)量這兩種噪聲功率比較困難,但將輸出的信噪比固定,可將測(cè)試公式簡(jiǎn)化,給測(cè)試帶來方便。由于:噪聲系數(shù)F的測(cè)試原理School of MicroelectronicsXidian University因而 :若用分貝表示: F(dB)=10*lgIa (Pso/Pno=l)由上式可知,在取輸出信噪比為1的條件下,場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)在大小上正好與噪聲二極管的直流分量相等。測(cè)量時(shí)先不加由噪聲二極管產(chǎn)生的噪聲,這時(shí)儀器內(nèi)等效內(nèi)阻產(chǎn)生的熱噪聲經(jīng)放大后在接收機(jī)輸出表上有一定指示,然后衰減3dB,相當(dāng)于熱噪聲減少一半。最后加由噪聲二極管產(chǎn)生的信號(hào)使輸出表指針回到
7、原來不衰減的位置處,這樣可以保證輸出信噪比等于 l 。 噪聲系數(shù)F的測(cè)試原理School of MicroelectronicsXidian University MOS高頻場(chǎng)效應(yīng)管Kp、F 參數(shù)測(cè)試儀由主機(jī),偏置電源組成。實(shí)驗(yàn)前首先熟悉操作步驟,方可測(cè)量。 準(zhǔn)備工作: 把偏置電源放在主機(jī)上邊,面板上的UDS 旋鈕應(yīng)放在“斷”的位置,量程開關(guān)放在最小的一擋,UDS的套軸旋鈕均應(yīng)逆時(shí)針旋到頭,然后可插上電源線,接通電源開關(guān),此時(shí)指示燈發(fā)亮,預(yù)熱20分鐘。 把主機(jī)面板上的“噪聲范圍”開關(guān)置于斷的位置,“測(cè)量參數(shù)”開關(guān)放Kp位置,接通電源開關(guān),此時(shí)指示燈亮,預(yù)熱20分鐘。實(shí)驗(yàn)主要步驟School o
8、f MicroelectronicsXidian University 測(cè)量步驟: (1)根據(jù)需要測(cè)試的頻率選取30MHz,100MHz的Kp、F 測(cè)試盒; (2)用較長(zhǎng)兩根同軸電纜線把測(cè)試盒與主機(jī)連接起來,主機(jī)上的輸出接頭與測(cè)試盒上的輸入接頭相連,主機(jī)上的輸入接頭與測(cè)試盒上的輸出接頭相連,測(cè)試盒上偏置電源插座與場(chǎng)效應(yīng)管偏置電源上的插座通過一根二芯電纜線項(xiàng)連接。 (3)用一根較短的同軸電纜線一端與主機(jī)上的LT接頭相接,另一端與測(cè)試盒相接。 (4)頻率選擇開關(guān)應(yīng)置在同測(cè)試盒上頻率相同的位置上。 (5)信號(hào)衰減器1、2的開關(guān)均應(yīng)置0dB,即信號(hào)“衰減器1”的四只開關(guān)都扳實(shí)驗(yàn)主要步驟School o
9、f MicroelectronicsXidian University 測(cè)量步驟:向上方,參數(shù)測(cè)量開關(guān)置于Kp位置。 (6)轉(zhuǎn)換開關(guān)置于校正處,此時(shí)調(diào)節(jié)信號(hào)調(diào)節(jié)旋鈕,使A 表指示某一參考值(35格處),以信號(hào)調(diào)節(jié)不準(zhǔn)在動(dòng),然后把轉(zhuǎn)換開關(guān)置于測(cè)量處。 (7)插上被測(cè)管,調(diào)節(jié)電源面板上的UDS ,UGS 各旋鈕開關(guān),使UDS 、UGS 為所需值。 (8)調(diào)節(jié)測(cè)試盒上的輸入調(diào)諧、輸出調(diào)諧,輸出匹配旋紐使 A指示最大,若指針超過滿度,則應(yīng)隨時(shí)適當(dāng)改變信號(hào)衰減器1、2使指針回到所取的參考點(diǎn)附近,接著進(jìn)行中和調(diào)整,即把轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)到中和位置,調(diào)節(jié)測(cè)試盒上的中和實(shí)驗(yàn)主要步驟School of Microele
10、ctronicsXidian University 測(cè)量步驟:調(diào)節(jié),使A表指示最小,再把轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)到測(cè)量位置,重新調(diào)節(jié)輸入調(diào)諧,輸出調(diào)諧,輸出匹配,特別是輸出調(diào)諧和輸出匹配,要相互減增地進(jìn)行,反復(fù)調(diào)節(jié),使A表指示最大,之后再進(jìn)行中和調(diào)節(jié)A表指示最小,反復(fù)幾次調(diào)到最佳狀態(tài);即當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)在測(cè)量時(shí)指示最大,而在中和時(shí),指示最小。最后撥動(dòng)信號(hào)衰減器使A表指針回到步驟(6)中規(guī)定的那個(gè)參考點(diǎn)附近,這時(shí)從信號(hào)衰減器 1、2讀得的數(shù)之和就是被測(cè)管的功率增益值。 (9)測(cè)量F的方法 在測(cè)得Kp值的基礎(chǔ)上,測(cè)試盒上各旋鈕的位置保持不動(dòng)、只把參數(shù)測(cè)量開關(guān)實(shí)驗(yàn)主要步驟School of Microelectroni
11、csXidian University 測(cè)量步驟:置于F位置,增益衰減器中3dB開關(guān)撥向上方、然后把增益衰減器中的5dB、10dB開關(guān)及增益調(diào)節(jié),使A表指針在某一參考點(diǎn)(如35格處),然后再撥動(dòng)增益衰減器中的3dB開關(guān)置下,衰減3dB,順時(shí)針旋轉(zhuǎn)噪聲調(diào)節(jié)旋鈕,使A表指針準(zhǔn)確回到參考點(diǎn)位置,此時(shí)F 表頭上的讀數(shù)與噪聲范圍所指示值之和就是被測(cè)管的噪聲系數(shù)。 當(dāng)測(cè)完F參數(shù)后,應(yīng)將噪聲調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針調(diào)回到頭,3dB開關(guān)置于上,以便繼續(xù)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)主要步驟School of MicroelectronicsXidian University 在測(cè)量MOSFET管的功率增益時(shí)要求測(cè)量3 次求出平均值,并將測(cè)
12、量值與手冊(cè)中給出值比較、進(jìn)行分析。 測(cè)量F 時(shí),采用上述步驟求出噪聲系數(shù)F的平均值,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。 做K PIDS、FIDS 曲線,選點(diǎn)不少于15個(gè),其密度根據(jù)實(shí)際情況自定。最后分析結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析School of MicroelectronicsXidian University 用自己的語言簡(jiǎn)述MOSFET 管KP , F 的測(cè)試原理。 提高M(jìn)OS管 KP 值和降低F 的措施各有什么辦法? 實(shí)驗(yàn)思考題School of MicroelectronicsXidian University 張屏英、周佐謨:,上海科學(xué)出版社,1985。 周瓊鑒、孫肖子:,國防出版社,1979。 說明書,上海無線電儀器廠。實(shí)驗(yàn)參考資料