SPRA WOZ DANI E Z E LE KT RON IKI
Grupa Data Skład grupy
L04 31.05.2006 Lęcznar Paweł
Sykała Jaromir
Pelc Bartłomiej
Temat: Tranzystor unipolarny
Celem ćwiczenia było wyznaczenie podstawowych charakterystyk tranzystora unipolarnego typu
JFET. W ćwiczeniu badaliśmy tranzystor pracujący w układzie wspólnego z
ródła z kanałem typu
n..
Spis przyrządów
 dwa zasilacze stabilizowane
 trzy multimetry DIGITAL MULTIMETR  dwa woltomierze i amperomierz
 tranzystor unipolarny
Schemat pomiarowych
1. Charakterystyka wyjściowa I (U ) tranzystora polowego dla pięciu różnych wartości
D DS
napięcia U
GS.
U =0 U = -0,5 U = -1 U = -1,5 U = -2
GS GS GS GS GS
U [V] I [mA] U [V] I [mA] U [V] I [mA] U [V] I [mA] U [V] I [mA]
DS D DS D DS D DS D DS D
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0,2 0,74 0,2 0,64 0,2 0,42 0,2 0,27 0,2 0,07
0,4 1,56 0,4 1,15 0,4 0,8 0,4 0,49 0,4 0,09
0,6 2,12 0,6 1,65 0,6 1,09 0,6 0,62 0,6 0,1
0,8 2,66 0,8 2,05 0,8 1,35 0,8 0,7 0,8 0,1
1 3,16 1 2,37 1 1,51 1 0,73 1 0,11
1,2 3,5 1,2 2,59 1,2 1,62 1,2 0,75 1,2 0,11
1,4 3,86 1,4 2,79 1,4 1,69 1,4 0,76 1,4 0,11
1,6 4,11 1,6 2,9 1,6 1,75 1,6 0,78 1,6 0,11
2 4,46 2 3,1 2 1,81 2 0,79 2 0,12
2,5 4,7 2,5 3,21 2,5 1,83 2,5 0,81 2,5 0,12
3 4,8 3 3,27 3 1,86 3 0,82 3 0,12
3,5 4,88 3,5 3,31 3,5 1,88 3,5 0,82 3,5 0,12
4 4,92 4 3,33 4 1,89 4 0,83 4 0,12
4,5 4,95 4,5 3,35 4,5 1,9 4,5 0,83 4,5 0,13
5 4,97 5 3,36 5 1,91 5 0,84 5 0,13
5,5 4,98 5,5 3,37 5,5 1,92 5,5 0,84 5,5 0,13
6 4,99 6 3,38 6 1,92 6 0,84 6 0,13
C h a r a k t e r y s t y k i w y jÅ› c io w e t r a n z y s t o r a p o lo w e g o
6
5
U g s = 0 V
4
U g s = - 0 , 5 V
I d [ m A ] 3 U g s = - 1 V
U g s = - 1 , 5 V
2
U g s = - 2 V
1
0
0 2 4 6 8
U d s [ V ]
2. Charakterystyki przejściowe tranzystora polowego
U = 0,5 U = 1 U = 1,5 U = 2,5 U = 3
DS DS DS DS DS
U [V] I [mA] U [V] I [mA] U [V] I [mA] U [V] I [mA] U [V] I [mA]
GS D GS D GS D GS D GS D
0 1,88 0 3,1 0 3,97 0 4,67 0 4,81
-0,15 1,75 -0,15 2,88 -0,15 3,69 -0,15 4,26 -0,15 4,42
-0,3 1,62 -0,3 2,68 -0,3 3,33 -0,3 3,85 -0,3 3,91
-0,45 1,51 -0,45 2,36 -0,45 2,95 -0,45 3,31 -0,45 3,39
-0,6 1,35 -0,6 2,17 -0,6 2,6 -0,6 2,93 -0,6 2,93
-0,75 1,24 -0,75 1,96 -0,75 2,25 -0,75 2,5 -0,75 2,54
-0,9 1,1 -0,9 1,7 -0,9 1,93 -0,9 2,12 -0,9 2,18
-1,05 0,95 -1,05 1,46 -1,05 1,67 -1,05 1,73 -1,05 1,76
-1,2 0,82 -1,2 1,15 -1,2 1,33 -1,2 1,4 -1,2 1,41
-1,35 0,71 -1,35 0,97 -1,35 1,06 -1,35 1,07 -1,35 1,1
-1,5 0,56 -1,5 0,72 -1,5 0,77 -1,5 0,81 -1,5 0,9
-1,65 0,42 -1,65 0,51 -1,65 0,52 -1,65 0,56 -1,65 0,57
-1,8 0,3 -1,8 0,31 -1,8 0,34 -1,8 0,35 -1,8 0,34
-1,95 0,16 -1,95 0,16 -1,95 0,17 -1,95 0,18 -1,95 0,21
-2,1 0,05 -2,1 0,07 -2,1 0,07 -2,1 0,07 -2,1 0,06
-2,25 0 -2,25 0 -2,25 0 -2,25 0 -2,25 0
-2,3 0 -2,3 0 -2,3 0 -2,3 0 -2,3 0
C h a r a k t e r y s t y k a p r z e j Å› c i o w a t r a n z y s t o r a p o l o w e g o
6
5
4
U d s = 0 , 5 V
U d s = 1 V
3
Id [ m A ]
U d s = 1 , 5 V
2
U d s = 2 , 5 V
U d s = 3 V
1
0
- 2 , 5 - 2 - 1 , 5 - 1 - 0 , 5 0
- 1
U g s [ V ]
3. Wyznaczenie parametrów I i U
DSS P
Aby wyznaczyć parametry I i U należy narysować charakterystykę przejściową w
DSS P
układzie współrzędnych w taki sposób, że na osi OX obieramy U zaś na osi OY pierwiastek
GS
kwadratowy prądy wyjściowego I .
D
2 , 5
2
1 , 5
U d s = 1 V
U d s = 1 , 5 V
1
U d s = 2 , 5 V
U d s = 3 V
0 , 5
0
- 2 , 5 - 2 - 1 , 5 - 1 - 0 , 5 0
- 0 , 5
U g s [ V ]
I Å"U
ćą
DSS GS
I = I - porównując z równaniem Y = AU + B
ćą ćą GS
DS DSS
U
P
p i e r w i a s t e k ( I d [ m A ] )
gdzie
Y= śą I źą
ćą
DS
- śą I źą
ćą
DSS
A=
U
P
B= śą I źą
ćą
DSS
Poprzez odczytanie danych z wykresu możemy obliczyć B
B = 2,02
zatem
I = 4,11mA
DSS
U = - 2,3V
P
Charakterystyka przejściowa idealna tranzystora polowego
C h a r a k t e r y s t y k a id e a ln a
4 , 5
4
3 , 5
3
2 , 5
I d [ m A ] 2 Id e a ln a
1 , 5
1
0 , 5
0
- 2 , 5 - 2 - 1 , 5 - 1 - 0 , 5 0
- 0 , 5
U g s [ V ]
Zestawienie charakterystyk przejściowych
Z e s t a w ie n ie c h a r a k t e r y s t y k p r z e j Å› c io w y c h t r a n z y s t o r a
p o lo w e g o z c h a r a k t e r y s t y k Ä… id e a ln Ä…
6
5
4
Id e a ln a
U d s = 0 , 5 V
3
U d s = 1 V
Id s [ m A ]
U d s = 1 , 5 V
2
U d s = 2 , 5 V
U d s = 3 V
1
0
- 2 , 5 - 2 - 1 , 5 - 1 - 0 , 5 0
- 1
U g s [ V ]
Charakterystyki które otrzymaliśmy podczas pomiarów są zbliżone do charakterystyki
idealnej. Wg nas różnice, które się ukazały wynikają z błędów pomiarów oraz z niedokładności
przyrządów pomiarowych.
4. Na podstawie charakterystyki wyjściowej obliczenie i narysowanie zależności konduktancji
wyjściowej od napięcia wyjściowego G (U )
DS DS
śą­Ä… I źą
D
GDS=
Korzystając ze wzoru oraz z wyników pomiarów otrzymaliśmy
śą­Ä…U źą
DS
następujące wyniki
U = 0 U =-0,5 U = 1
GS GS GS
U [V] G [mS] U [V] G [mS] U [V] G [mS]
DS DS DS DS DS DS
0,2 3,7 0,2 3,2 0,2 2,1
0,4 4,1 0,4 2,55 0,4 1,9
0,6 2,8 0,6 2,5 0,6 1,45
0,8 2,7 0,8 2 0,8 1,3
1 2,5 1 1,6 1 0,8
1,2 1,7 1,2 1,1 1,2 0,55
1,4 1,8 1,4 1 1,4 0,35
1,6 1,25 1,6 0,55 1,6 0,3
2 0,875 2 0,5 2 0,15
2,5 0,48 2,5 0,22 2,5 0,04
3 0,2 3 0,12 3 0,06
3,5 0,16 3,5 0,08 3,5 0,04
4 0,08 4 0,04 4 0,02
4,5 0,06 4,5 0,04 4,5 0,02
5 0,04 5 0,02 5 0,02
5,5 0,02 5,5 0,02 5,5 0,02
6 0,02 6 0,02 6 0
C h a r a k t e r y s t y k a k o n d u k t a n c ji w y jÅ› c io w e j
4 , 5
4
3 , 5
3
U g s = 0 V
2 , 5
U g s = - 0 , 5 V
2
U g s = - 1 V
1 , 5
1
0 , 5
0
0 1 2 3 4 5 6 7
U d s [ V ]
Dla wartości napięcia U > 1V nie udało nam się wyznaczyć charakterystyki konduktancji
GS
wyjściowej ponieważ różnica "U = 0V.
DS
5. Wyznaczenie charakterystyki transkonduktancji
śą­Ä… I źą
D
GM=
TranskonduktancjÄ™ teoretycznÄ… wyznaczamy ze wzoru
śą­Ä…UGS źą
G U
M GS
3,457372 -0,15
3,224291 -0,3
2,99121 -0,45
2,758129 -0,6
2,525047 -0,75
2,291966 -0,9
2,058885 -1,05
1,825803 -1,2
1,592722 -1,35
1,359641 -1,5
1,12656 -1,65
0,893478 -1,8
0,660397 -1,95
0,427316 -2,1
0,194234 -2,25
0,038847 -2,3
Ponieważ w każdej z charakterystyk "U = const (0,15V) i prąd I dla charakterystyki idealnej jest
GS D
tylko jeden otrzymaliśmy jedną charakterystykę transkonduktancji.
G d s [ m S ]
C h a r a k t e r y s t y k a t r a n s k o n d u k t a n c ji w f u n k c ji n a p iÄ™ c ia
w e jÅ› c io w e g o G m ( U g s )
4
3 , 5
3
2 , 5
2 d e lt a U g s = 0 , 1 5 ( c o n s t )
1 , 5
1
0 , 5
0
- 2 , 5 - 2 - 1 , 5 - 1 - 0 , 5 0
U g s [ V ]
6. Wnioski
Przy analizie wyników otrzymanych podczas pomiarów zauważyliśmy że nasze
charakterystyki w nieznaczny sposób różnią się od charakterystyk idealnego tranzystora polowego
(różnice te mogły wyniknąć z powodu błędów pomiarowych jak również mogą być spowodowane
niedokładnością przyrządów pomiarowych). Wartość napięcia progowego którą wyznaczyliśmy
podczas wykonania ćwiczenia w nieznaczny sposób odbiega od wartości odczytanej z
charakterystyki z punktu trzeciego ( Ugs(pierwiastek(Id)) ).
Tranzystor polowy posiada dwie charakterystyki:
 przejściową  przedstawia zależność prądu drenu I do napięcia U przy ustalonym napięciu
D GS
U
DS
 wyjściowa  na której możemy zaobserwować zachowanie się prądu drenu I przy
D
zwiększającym się napięciu U . Początkowo przy niewielkim wzroście napięcia wejściowego
DS
prąd ten gwałtownie narastał po czym zaczął się stabilizować. Charakterystykę tę możemy
podzielić na trzy zakresy:
- triodowy  tranzystor zachowuje się jak element liniowy - rezystor (prąd rośnie liniowo do
napięcia)
- pentodowy (nasycenia)  napięcie U w nieznaczny sposób wpływa na wartość prądu I
DS D
- powielania lawinowego  nie korzysta się z tego zakresu pracy tranzystora za względu na
duże prawdopodobieństwo uszkodzenia tranzystora.
G m [ m S ]