Politechnika Śląska w Gliwicach Gliwice, 27.luty.1998

Wydział Elektryczny

rok akademicki 1997/98

semestr IV

grupa IV mgr

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI

TRANZYSTOR POLOWY

sekcja 4:

Nowak Małgorzata

Rudzki Wojciech

Wójtowicz Jarosław

TABELE POMIAROWE

Wyznaczenie charakterystyki przejściowej tranzystora polowego I_d=f(U_gs).

Ugs [V]	Id [mA]	Id [mA]	Id [mA]
	dla Uds=5 [V]	dla Uds=10 [V]	dla Uds=15 [V]
0	0	0	0
5	0	0	0
6	0,19	0,2	0,2
7	0,7	0,75	0,75
8	1,5	1,65	1,7
9	2,75	3,3	3,4
9,5	6	6,5	7

2. Wyznaczanie charakterystyki wyjściowej tranzystora polowego I_d=f(U_ds).

Uds [V]	Id [mA]	Id [mA]	Id [mA]
	dla Ugs= -6 [V]	dla Ugs= -7 [V]	dla Ugs= -8 [V]
0	0	0	0
0,25	0,05	0,05	0,43
0,5	0,14	0,22	0,62
1	0,19	0,56	1,2
2	0,2	0,68	1,45
3	0,2	0,72	1,5
4	0,21	0,73	1,5
5	0,22	0,74	1,55
6	0,22	0,75	1,55
7	- - -	0,76	- - -
10	0,22	0,78	1,6
13	0,23	0,8	1,65

OPRACOWANIE WYNIKÓW

ZASADA DZIAŁANIA TRANZYSTORA UNIPOLARNEGO

W płytce słabo domieszkowanego krzemu typu n zaopatrzonej w kontakty omowe źródła S i drenu D są wytworzone dwa silnie domieszkowane obszary p⁺ stanowiące bramkę G. Rozpatrywana struktura jest całkowicie symetryczna, funkcje źródła i drenu są zatem wzajemnie zamieniane i wynikają jedynie ze sposobu polaryzacji elektrod tranzystora. W przypadku tranzystora z kanałem typu n prąd kanału ( będący strumieniem nośników większościowych dostarczanych przez elektrodę źródła i odbieranych przez elektrodę drenu ) jest strumieniem elektronów , elektroda drenu musi więc mieć wyższy potencjał niż elektroda źródła. Potencjał elektrody bramki musi być natomiast niższy lub co najmniej równy potencjałowi elektrody źródła , aby zapewnić zaporowe spolaryzowanie złącza bramka - kanał. Jak stąd wynika istnieje tylko jeden możliwy sposób polaryzacji tranzystora polowego ściśle związany z typem kanału .Działanie tranzystora polowego złączowego najlepiej opisuje się za pomocą dwóch charakterystyk : przejściowej tj. I_d=f(U_gs) przy U_ds=const i wyjściowej tj. I_d=f(U_ds) przy U_gs=const. Przyjmuje się że prąd płynie tylko w obszarze kanału ograniczonym przez krawędzie warstw zubożonych. Przekrój kanału jest największy dla zerowych wartości napięć U_gs i U_ds. W miarę jak wzrasta ujemna wartość napięcia U_gs oraz dodatnia wartość napięcia U_ds, warstwy zubożone złącz bramka-kanał rozszerzają się powodując zmniejszenie przekroju kanału.

Przy bardzo małym napięciu dren - źródło czyli przy U_dsł0, przekrój kanału jest nieznacznie mniejszy od maksymalnego, zatem rezystancja kanału jest bardzo mała wobec czego prąd osiąga wartość bliską maksymalnej. Wzrost ujemnej wartości napięcia U_gs powoduje zmniejszenie przekroju kanału, rezystancja kanału zwiększa się i odpowiednio maleje prąd drenu. W miarę dalszego zwiększania ujemnej wartości napięcia U_gs­­ dochodzi do zetknięcia się obu warstw zubożonych, czyli kanał przestaje istnieć i prąd drenu osiąga wartość zerową. Stan taki jest nazywany odcięciem lub zatkaniem , a odpowiednia wartość napięcia U_gs jest nazywana napięciem odcięcia lub zatkania i oznaczana U_p. Rezystancja kanału w stanie zatkania jest bardzo duża , rzędu gigaomów. Dalszy wzrost ujemnej wartości napięcia bramki może doprowadzić jedynie do przebicia złącza bramka - kanał .

Rozpatrzmy obecnie sytuację , w której napięcie bramki U_gs =0 , zmienia się zaś wartość napięcia drenu U_ds.. Przy bardzo małych wartościach U_ds tranzystor zachowuje się jak rezystor liniowy czyli przyrosty prądu są niemal Wprost proporcjonalne do przyrostów U_ds. W miarę wzrostu prądu drenu (wskutek wzrostu U_ds) zwiększa się spadek napięcia na rezystancji kanału. To napięcie polaryzuje zaporowo złącze bramka kanał. Odpowiednio do tej polaryzacji rozszerza się warstwa zaporowa złącza bramka - kanał, czyli maleje efektywny przekrój kanału. Dalszy wzrost napięcia U_ds powoduje coraz większe zaciskanie kanału, zwiększa się zatem rezystancja kanału i przyrosty prądu są coraz mniejsze. Wreszcie, gdy obie warstwy zetkną się, czyli nastąpi zaciśnięcie kanału następujący po tym nawet znaczny przyrost U_ds powoduje jedynie minimalny wzrost prądu drenu (cały przyrost napięcia U_ds odkłada się na obszarze zubożonym przy drenie mającym bardzo dużą rezystancję) . Jest to stan nasycenia. Napięcie zapoczątkowujące ten stan jest nazywane napięciem nasycenia a odpowiadający temu napięciu prąd drenu - prądem nasycenia.

2. ZALETY I WADY TRANZYSTORA UNIPOLARNEGO

ZALETY

• duża rezystancja wejściowa (rzędu 10⁷ W);

• obwód sterujący bezprądowy - minimalna moc pobierana ze źródła;

• mała rezystancja wyjściowa (kilkadziesiąt kW);

• sterowany napięciowo;

• częstotliwość graniczna do kilkuset MHz;

• niski poziom szumów własnych;

• mała wrażliwość na wahania napięcia sterującego.

WADY

• zależność parametrów od temperatury;

• mniejsza niezawodność.

3. PORÓWNANIE TRANZYSTORA UNIPOLARNEGO I BIPOLARNEGO

Tranzystory unipolarne posiadają bardzo podobne zastosowania co tranzystory bipolarne. Różnice pomiędzy nimi są leżą w strukturze budowy wewnętrznej i w wartościach niektórych parametrów.

Tranzystor bipolarny jest tranzystorem złączowym, sterowanym prądowo (prądem bramki), rezystancje pomiędzy poszczególnymi złączami są stałe. Natomiast tranzystor polowy FET jest sterowany napięciowo, a rezystancja jego kanału jest zmienna, zależna od przyłożonego napięcia.

Tranzystory unipolarne posiadają większą rezystancję wejścia i wyjścia niż tranzystory bipolarne, są dostosowane do pracy przy większych częstotliwościach, mają niższy poziom szumów własnych (zakłóceń wprowadzanych do sygnału przetwarzanego), są mniej wrażliwe na zakłócenia. Natomiast tranzystory bipolarne mogą pracować w układach wymagających większych mocy wyjściowych (tranzystory unipolarne są bardziej wrażliwe na zmiany temperatury).

Tranzystory unipolarne bardziej niż tranzystory bipolarne nadają się do zastosowań w technice cyfrowych układów scalonych. Przykładem ego typu tranzystorów są tranzystory polowe MOSFET.

Pomiędzy wyprowadzeniami złącz w obu typach tranzystorów zachodzą następujące relacje:

• źródło (S) w tranzystorze polowym to emiter (E) w tranzystorze bipolarnym;

• bramka (G) to baza (B);

• dren (D) to kolektor (C).

---