Tranzystor polowy jako element dzielnika napięcia., Klasa


Nr ćw.

Temat ćwiczenia

Data

Ocena

Podpis

23.

Tranzystor polowy jako element dzielnika napięcia.

2000-03-14

  1. Zapoznać się z danymi katalogowymi tranzystora wykorzystywanego w badanym układzie.

2. Zestawić układ wg Rys. 1 i stosując metodę punkt po punkcie wyznaczyć następujące charakterystyki :

  1. Zestawić układ wg Rys. 2. przyjmując R2 = R3 = 51 k Wyznaczyć następujące charakterystyki

4. Korzystając z charakterystyk UWY = f (US) oraz zależności

0x08 graphic

Gdzie Rd jest rezystancją zastępczą między drenem a źródłem tranzystora polowego, wyznaczyć zależność Rd = f (US) dla UWE = const, R1 = const

  1. Pomiary i obliczenia wykonywać wg instrukcji zamieszczonej w tabeli. Wyniki przeprowadzonych pomiarów i obliczeń zestawić w tabelach i na ich podstawie wykreślić charakterystyki.

  1. Porównać dzielnik rezystancyjny z badanym, podać własne wnioski i wykaz użytych przyrządów.

Ogólnie zasada działania tranzystorów polowych polega na zmianie rezystancji półprzewodnika pod wpływem pola elektrycznego. Tę oto własność wykorzystujemy do budowy dzielnika napięcia w oparciu o tranzystor JFET.

0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic
Tranzystory polowe są sterowane napięciowo (polem elektrycznym). W przypadku tranzystora JFET elektrodą sterującą jest bramka. Nośniki energii (kanał N - elektrony, kanał P - dziury) płyną od źródła (S) do drenu (D). Napięcie sterujące podłącza się do elektrod G i S (bramki i źródła), w ten sposób aby złącze PN zostało spolaryzowane zaporowo. Wtedy wraz ze wzrostem tego napięcia, warstwa zaporowa tego złącza będzie się powiększać, kosztem zmniejszania kanału. Zmniejszenie szerokości kanału powoduje zwiększenie jego rezystancji - prąd drenu będzie malał. Przy odpowiednio dużym napięciu UGS kanał może zostać „zatkany” - wtedy prąd nie będzie mógł płynąć, a rezystancja kanału będzie sięgać rzędu M

Jednym słowem - tranzystor polowy stanowi element o zmiennej rezystancji regulowanej napięciem. Napięcie sterujące UGS w dalszej części będzie występować jako US.

Dane katalogowe tranzystora BF 245

Tranzystor BF 245 jest krzemowym, epitaksjalno - planarnym złączowym tranzystorem polowym, z kanałem typu N, małej mocy wielkiej częstotliwości w obudowie typu CE-35

Najważniejsze parametry:

Napięcie stałe bramka - źródło UGS = ±30 V

Napięcie stałe dren - źródło UDS = ±30 V

Dopuszczalna moc Ptot = 360 mW

Prąd drenu Idss

A (2 - 6,5 mA)

B (6 - 15 mA)

C (12 - 25 mA)

W ćwiczeniu badamy dwa układy :

a) Układ 1

0x08 graphic

b) Układ 2

0x08 graphic

Układ 1 jest najprostszą wersją dzielnika napięcia. Rezystor R1 posiada stałą rezystancję, natomiast sygnał zbierany jest z tranzystora, którego rezystancję drenu możemy regulować napięciem US.

Układ 2 jest nieco bardziej rozbudowany. Zastosowano dwa dodatkowe rezystory : R2 oraz R3, wprowadzające w układzie ujemne sprzężenie zwrotne. Główną rolę pełni tutaj rezystor włączony pomiędzy dren a bramkę - R3. Przenosi on część sygnału z wyjścia na bramkę, powodując podniesienie jej potencjału (zmniejszenie ujemnego potencjału bramki <-> zbliżenie jej w stronę zera).

Ściągamy charakterystyki podane w instrukcjach. W odpowiednich tabelach dodajemy kolumny, w których obliczamy na podstawie tabeli 1 oraz wzoru teoretyczny rezystancyjny dzielnik napięcia i porównujemy go z badanym. Na niektórych wykresach zaznaczono ołówkiem właśnie proste dla dzielnika rezystancyjnego.

Oto wyniki pomiarów :

{Tabela1}

Wnioski :

Tabela 1

Zgodnie z oczekiwaniami wraz ze wzrostem napięcia US następuje coraz większa polaryzacja złącza bramka - kanał, rozrost warstwy zubożonej. Kanał się zwęża, co powoduje wzrost jego rezystancji. Ponieważ napięcie wyjściowe zależy od wartości od wartości rezystora, z którego je „zbieramy”, zatem napięcie wyjściowe również wzrasta.

Niestety rezystancja drenu oraz napięcie na wyjściu dzielnika nie wzrastają liniowo (tranzystor nie był, nie jest i nigdy nie będzie elementem liniowym). Charakterystyki przypominają raczej kształtem charakterystykę diody, a nie rezystora. Ale tutaj trzeba zwrócić na jedno uwagę - że własności i charakterystyki układu 2 są o niebo lepsze od pierwszego. Najlepiej widać to na ch - ce UWY = f (US). Wprowadzenie ujemnego sprzężenia zwrotnego bardziej „spłaszczyło”, można rzec zlinearyzowało jej kształt (jak by się nieco uprzeć, to można by ją porównać do linii prostej). Oczywiście życie jest brutalne i nie ma nic za darmo. Poprawienie własności układu okupiono zmniejszeniem amplitudy napięcia wyjściowego. Rezystancja Rd oraz UWY zmienia się w mniejszych granicach. Np. w układzie pierwszym dla US = 5 V, rezystancja drenu przekroczyła 1 M a napięcie wyjściowe było prawie równe wejściowemu, podczas gdy w układzie drugim nawet przy US = 12 V rezystancja drenu wynosiła 2,5 k a napięcie wyjściowe niecałe 5 V.

Tabela 2

Wraz ze wzrostem napięcia wejściowego napięcie wyjściowe rośnie prawie idealnie liniowo. Nasz dzielnik nie odbiegał zasadniczo od dzielnika rezystancyjnego. Widać, że w pracy statycznej (początkowe ustawienie podziału rezystancji za pomocą US, czyli US = const w trakcie pracy) tranzystor radzi sobie bardzo dobrze. Tyle, że do takiej pracy wystarczyłby sam potencjometr - po to przecież stosujemy tranzystor, aby móc zmieniać podział dzielnika napięciowo, bez kręcenia gałkami.

Im większa wartość rezystora R1 tym napięcie wyjściowe jest mniejsze, nachylenie charakterystyki również. Jest to oczywista zależność, wynikająca chociażby ze wzoru na napięcie wyjściowe dzielnika.

Tabela 3

Znów potwierdza się oczywista prawda, że napięcie wyjściowe zależy od wartości podziału rezystancji dzielnika. Im pomiary występowały przy większym US, tym większe wartości przyjmowało Rd. A im większy rezystor, z którego „zbieramy” napięcie, tym napięcie wyjściowe jest większe, nachylenie charakterystyki również. W tym jednak przypadku zauważamy coś jeszcze - że nie należy przesadzać ze zbyt dużym napięciem sterującym (zwłaszcza w układzie 1). Większe napięcie sterujące oznacza większe napięcia wyjściowe układu. Napięcie wyjściowe układu stanowi napięcie UDS tranzystora. Tranzystor polowy posiada przecież tą własność, że przy stałym napięciu na bramce, zwiększanie napięcia UDS o większe wartości powoduje niezależny od napięcia UGS dodatkowy rozrost warstwy zubożonej, czyli mówiąc trywialnie - dodatkowe „omy” w kanale. Zwiększenie rezystancji kanału powoduje dodatkowy wzrost napięcia wyjściowego - stąd zwłaszcza w układzie 1 (bo w układzie drugim USZ prawie eliminuje ten problem) charakterystyka „wygina się i podnosi”, odbiegając od linii prostej.

Podsumowując : dzielnik z tranzystorem FET posiada podobne własności jak rezystancyjny. Różnice wynikają z nieliniowości półprzewodników i własności tranzystora. Nieliniowości można jednak w wystarczającym stopniu wyeliminować, stosując np. ujemne sprzężenie zwrotne oraz umiejętnie zasilając tranzystor. Tak zbudowany dzielni ma podstawową zaletę nad rezystancyjnym - pozwala na płynną regulację napięcia wyjściowego bez ingerencji i kręcenia czymkolwiek - po prostu sterowanie napięciowe. Stąd niekiedy np. tranzystory polowe występują np. w pętli sprzężenia zwrotnego wzmacniaczy operacyjnych, co umożliwia np. napięciowe sterowanie wzmocnienia. Dużą pokusą może być zbudowanie dzielnika sterowanego cyfrowo, zbudowanego w oparciu choćby o taki dzielnik oraz przetwornik c/a.

Spis przyrządów :

III / 1 / 438 PE

III / 1 / 441 PE

III / 1 / 436 PE

0x01 graphic

Tranzystor polowy złączowy z kanałem typu N



Wyszukiwarka