FET iii2014EE id 169426 Nieznany

background image

POLITECHNIKA RZESZOWSKA

Katedra Podstaw Elektroniki iii2014

1

TRANZYSTORY POLOWE JFET I MOSFET

Celem ćwiczenia jest pomiar podstawowych charakterystyk statycznych i wyznaczenie

parametrów określających właściwości tranzystora polowego.

A) Zadania do samodzielnego opracowania przed zajęciami

 Zapoznać się z teoretycznymi podstawami działania tranzystorów polowych,

symbolami i zasadami ich polaryzacji.

 Przygotować schematy pomiarowe charakterystyk statycznych podstawowych rodzajów

tranzystorów polowych

 Zapoznać się z danymi katalogowymi dostępnymi w Internecie wybranych

tranzystorów

o

JFET np. BF245

o

MOSFET z kanałem indukowanym np. 2N7000, 2N3820, BS170, BS107,
IRF530, IRF620

B) Pomiary

Tranzystor JFET lub MOSFET z kanałem wbudowanym (depletion mode)

1. Ustalić rodzaj, symbol oraz właściwą polaryzację tranzystora JFET lub MOSFET w układzie

pracy OS.

2. Zapoznać się z podstawowymi parametrami technicznymi badanego tranzystora. Szczególną

uwagę zwrócić na parametry krytyczne.

3. Zaproponować układ pomiarowy do badania charakterystyk: wyjściowych i przejściowych.

Ustalić i uzgodnić z prowadzącym bezpieczny obszar pomiarów. Do pomiarów wykorzystać
uniwersalny układ połączeniowy (rys.1).

4. Dla tranzystora JFET lub MOSFET z kanałem wbudowanym wyznaczyć prąd nasycenia I

DSS

.

5. Zmierzyć charakterystyki przejściowe I

D

=f(U

GS

)

U

DS

=par

, tranzystora polowego dla trzech

wartości U

DS

. Podczas pomiarów zwrócić uwagę na właściwe wyznaczenie napięcia wyłączenia

U

p

. Napięcie

U

GS

 nie powinno przekraczać U

p

 o więcej niż około 0,5V (dlaczego?).

6. Zmierzyć charakterystyki wyjściowe I

D

=f(U

DS

)

U

GS

=par

dla trzech ustalonych wartości napięcia

U

GS

.

Tranzystor MOSFET kanałem indukowanym (enhacement mode)

7. Ustalić rodzaj, symbol oraz właściwą polaryzację tranzystora MOSFET z kanałem

indukowanym w układzie pracy OS.

8. Zapoznać się z podstawowymi parametrami technicznymi badanego tranzystora. Szczególną

uwagę zwrócić na parametry krytyczne.

9. Zaproponować układ pomiarowy do badania charakterystyk: przejściowych i wyjściowych.

Ustalić i uzgodnić z prowadzącym bezpieczny obszar pomiarów.

10. Wyznaczyć wartość napięcia progowego U

t

w układzie: a) do pomiaru charakterystyki

przejściowej oraz b) bramki zwartej z drenem, gdy prąd I

D

osiąga określoną wartość, np. 10

A.

Porównać uzyskane wyniki.

11. Zmierzyć charakterystykę przejściową I

D

=f(U

GS

)

U

DS

=par

dla trzech różnych wartości parametru

U

DS

:

12. Zmierzyć charakterystyki wyjściowe I

D

=f(U

DS

)

U

GS

=par

dla trzech różnych wartości parametru

U

GS

.

background image

POLITECHNIKA RZESZOWSKA

Katedra Podstaw Elektroniki iii2014

2

Rys. B1. Uniwersalna płytka połączeniowa do realizacji układów pomiarowych charakterystyk statycznych
tranzystorów

C) Opracowanie i analiza wyników

1. Narysować (wydrukować) wszystkie zmierzone charakterystyki tranzystora. Dla tranzystora

złączowego lub MOSFET z kanałem wbudowanym pracującym w zakresie nasycenia
wyznaczyć parametry I

DSS

oraz Up równania opisującego charakterystykę przejściową:

2

1



p

GS

DSS

D

U

U

I

I

.

(1)

Można to zrobić rysując charakterystykę przejściową w układzie współrzędnych kartezjańskich,
w którym na osi pionowej znajdują się wartości pierwiastka kwadratowego prądu wyjściowego
I

D

, zaś na poziomej – napięcie wejściowe U

GS

. W takim układzie współrzędnych (przy

poprawnych wynikach pomiarów) wykres powinien być wykresem funkcji liniowej, gdyż

P

GS

DSS

DSS

D

U

U

I

I

I

(2)

jest równaniem linowym typu

y= ax + b,

(3)

gdzie:

.

;

;

DSS

P

DSS

GS

D

I

b

U

I

a

U

x

;

I

y

(4)

W celu znalezienia parametrów I

DSS

i U

p

, należy zastosować metodę regresji liniowej i porównać

wyrażenie na I

D

przekształcone do postaci (2) z równaniem linii prostej (3). Na tej podstawie

można wyznaczyć współczynniki a i b równania liniowego (3), a następnie parametr I

DSS

. Znając

I

DSS

oraz a można wyznaczyć U

p

. Ponieważ charakterystyki przejściowe mierzone są dla trzech

wartości parametru, obliczenia te należy powtórzyć trzykrotnie. W przypadku dużych różnic –
wyjaśnić przyczyny.

background image

POLITECHNIKA RZESZOWSKA

Katedra Podstaw Elektroniki iii2014

3

2. Wykorzystując obliczone parametry I

DSS

i U

p

, narysować charakterystykę teoretyczną

I

D

=I

DSS

(1−U

GS

/U

p

)

2

oraz na tym samym wykresie nanieść punkty pomiarowe charakterystyki

rzeczywistej. Ocenić uzyskane rezultaty.

3. Wyznaczyć parametry U

t

oraz K równania opisującego charakterystykę przejściową tranzystora

MOS z kanałem indukowanym

2

D

)

1

(

=

I

t

GS

U

U

K

,

(5)

gdzie K to stała.

Aby to zrobić można zastosować metodę omówioną w pkt. C1. W tym celu należy

narysować punkty pomiarowe charakterystyki przejściowej w następującym układzie
współrzędnych: na osi pionowej pierwiastek kwadratowy prądu I

D

, zaś na poziomej napięcie

wejściowe U

GS

. Oznacza to wykreślenie funkcji linowej wyrażonej zależnością

t

GS

D

U

U

K

K

I

.

(6)

W takim układzie współrzędnych (przy poprawnych wynikach pomiarów) wykres powinien być
wykresem funkcji liniowej określonej równaniem (3). W celu znalezienia parametrów K i U

t

,

należy zastosować metodę regresji liniowej. W tym celu najpierw wyznaczamy współczynniki a
i b
równania liniowego (3). Na tej podstawie wyliczamy K i U

t

uwzględniając, że

K

b

;

U

K

-

a

;

U

x

;

I

y

t

GS

D

. (7)

Ponieważ charakterystyki przejściowe mierzone były dla trzech wartości parametru U

DS

obliczenia te należy również powtórzyć trzykrotnie. W przypadku dużych różnic określić
przyczynę. Porównać wartości U

t

wyznaczone na podstawie charakterystyk przejściowych z

wartością zmierzoną w pkt. B10. Wyjaśnić ewentualne różnice.

4. Na podstawie pomiarowych charakterystyk wyjściowych obliczyć i narysować zależność

konduktancji wyjściowej g

DS

w funkcji napięcia wyjściowego g

DS

(U

DS

) dla danego typu

tranzystora.

5. Na podstawie teoretycznych charakterystyk przejściowych określonych równaniem (1) lub (5)

obliczyć i narysować transkonduktancję gm w funkcji napięcia wejściowego gm(U

GS

) dla danego

typu tranzystora.

6. Jakie wartości przyjmuje transkonduktancja gm dla różnych typów tranzystorów i co głównie

wpływa na jej wartość?

7. Czy wartości U

t

i

U

p

zależą od U

DS

?

8. Porównać wartości obliczonych parametrów tranzystorów z wartościami katalogowymi.
9. Omówić i scharakteryzować stosowane sposoby polaryzacji tranzystorów polowych we

wzmacniaczach. Określić główne zalety i wady poszczególnych układów. Porównanie
przedstawić w postaci tabeli.

.

10. Jakie są aktualne osiągnięcia technologiczne w produkcji tranzystorów MOSFET.
11. Zadania
A) Z5.3, Z5.6, Z5.4-rys.5.8, Z5.4-rys.5.10, Z6.3-rys.6.16
B) Z5.4-rys.5.7, Z5.4-rys.5.9, Z5.4-rys.5.14, Z6.3-rys.6.17

background image

POLITECHNIKA RZESZOWSKA

Katedra Podstaw Elektroniki iii2014

4

D) Dodatek – podstawowe informacje dotyczące tranzystorów polowych

pnp

POLOWE (UNIPOLARNE) FET

BIPOLARNE

TRANZYSTORY

npn

Złączowe

z kanałem

typu p

z kanałem

typu n

z izolowaną bramką

specjalnych

zastosowań (np.

TFT) i

eksperymentalne

metal-tlenek-

-półprzewodnik

/MOSFET/

z kanałem typu p

z kanałem typu n

z kanałem typu p

z kanałem typu n

z wbudowanym kanałem

z indukowanym kanałem


Rys. D1. Ogólny podział tranzystorów.



Tranzystory JFET.

źródło

kanał n

dren

bramka

bramka

p

+

p

+

S

D

I

D

=0

+

G

U

DS

= 0,1V

-

U

GS

= -4V

+

brak kanału

n

p

+

p

+

S

D

I

D

>0

+

G

U

DS

= 0,1V

-

U

GS

=-1V

+

obszary warstwy zaporowej

n

p

+

p

+

b)

a)

c)

Rys.D2. Tranzystor polowy złączowy z kanałem typu n. a) Szkic struktury; b) wpływ zaporowej polaryzacji
złącza p

+

-n na przewodzenie w kanale. Schemat c) przedstawia sytuację dla U

GS

= U

P

czyli dla momentu

odcięcia kanału.

S

D

I

D

+

G U

DS

= 4V

n

p

+

p

+

S

D

I

D

+

G

U

DS

= 10V

n

p

+

p

+

S

D

I

D

+

G

U

DS

= 2V

n

p

+

p

+

a)

U

GS

=0

U

G

b)

c)

Rys. D3. Ilustracja wpływu napięcia U

DS

na kształt obszaru warstw zaporowych, a) U

DS

< |U

P

|, b) U

DS

= |U

P

|,

c) U

DS

> |U

P

|, pomimo „zetknięcia” warstw zaporowych, prąd drenu nie jest równy zeru, przy wzroście

U

DS

utrzymuje się niemal na tym samym poziomie.

background image

POLITECHNIKA RZESZOWSKA

Katedra Podstaw Elektroniki iii2014

5

U

GS

[V]

-1

-2

-3

-4

24

16

8

I

DSS

= 32

I

D

[mA]

obszar

nienasycenia

obszar nasycenia
(pentodowy)

U

GS

=0V

U

GS

= -1V

U

GS

= -2V

U

GS

= -3V

12

10

8

6

4

2

U

DS

[V]

U

GS

= U

p

= -4V

Rys. D4. Charakterystyki wyjściowe I

D

=(U

DS

) i przejściowe I

D

=(U

GS

) tranzystora JFET z kanałem typu n w

układzie ze wspólnym źródłem. Parametry tranzystora: U

P

= -4V oraz I

DSS

= 32 mA.

Tranzystor typu MOSFET z kanałem indukowanym (normalnie wyłączony).
Kanał powstaje dopiero w wyniku oddziaływania pola elektrycznego przyłożonego pomiędzy
bramkę i podłoże:

G - bramka (aluminium)

izolator

B

S

podłoże (Si typu p)

n

+

D - dren

n

p

indukowany kanał

n

+

n

+

+

U

DS

=0,2V

+

D

G

U

GS

>0

S

Rys.D5. Budowa tranzystora polowego typu MOSFET z indukowanym kanałem typu n. Po przyłożeniu
niewielkiego napięcia U

DS

> 0 i większego od niego U

GS

> 0, pole elektryczne, powstające pod wpływem,

U

GS

powoduje odepchnięcie dziur od powierzchni granicznej izolator-podłoże i przyciągnięcie w jej

kierunku mniejszościowych elektronów. To zjawisko nazywa się inwersją półprzewodnika.

20

16

12

8

4

6

5

4

3

2

1

U

GS

[V]

U

T

I

D

[mA]

20

16

12

8

4

1

I

D

[mA]

obszar
nienasycenia
(triodowy)

obszar nasycenia (pentodowy)

U

GS

=6V

U

GS

= 5V

U

GS

= 4V

U

GS

= 3V

12

10

8

6

4

2

U

DS

[V]

U

GS

= U

T

=2V

Rys.D6. Charakterystyki przejściowa (dla zakresu nasycenia) i wyjściowa tranzystora polowego z
indukowanym kanałem typu n o napięciu tworzenia kanału U

t

= 2V.




Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Diody cz 1 iii2012 id 136585 Nieznany
BJT i pp iii2012 id 89770 Nieznany (2)
FET 2EEDIiii2012 id 169425 Nieznany
Diody cz 2 iii2012 id 136586 Nieznany
Abolicja podatkowa id 50334 Nieznany (2)
4 LIDER MENEDZER id 37733 Nieznany (2)
katechezy MB id 233498 Nieznany
metro sciaga id 296943 Nieznany
perf id 354744 Nieznany
interbase id 92028 Nieznany
Mbaku id 289860 Nieznany
Probiotyki antybiotyki id 66316 Nieznany
miedziowanie cz 2 id 113259 Nieznany
LTC1729 id 273494 Nieznany
D11B7AOver0400 id 130434 Nieznany
analiza ryzyka bio id 61320 Nieznany
pedagogika ogolna id 353595 Nieznany

więcej podobnych podstron