POLITECHNIKA ÅšWI
TOKRZYSKA
W KIELCACH
WYDZIAA
ELEKTROTECHNIKI, AUTOMATYKI I INFORMATYKI
KATEDRA ELEKTRONIKI I SYSTEMÓW INTELIGENTNYCH
LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI
INSTRUKCJA LABORATORYJNA
ĆWICZENIE NR 5:
BADANIE TRANZYSTORÓW POLOWYCH ZA

CZOWYCH
KIELCE 2006
1. Wstęp teoretyczny
Tranzystory unipolarne (polowe) stanowią obok tranzystorów bipolarnych drugą ważną klasę tych
elementów elektronicznych. Przewodzenie prądu w tych tranzystorach oparte jest tylko na jednym
rodzaju nośników większościowych, stąd nazwa unipolarne. Wspólną cechą wszystkich tranzystorów
unipolarnych jest oddziaływanie pola elektrycznego na rezystancję półprzewodnika, stąd nazwa polowe.
Tranzystory unipolarne są sterowane napięciowo  napięciem UGS.
Do grupy tranzystorów unipolarnych należą:
" tranzystory unipolarne złączowe (JFET)
" tranzystory unipolarne z izolowanÄ… bramkÄ… (IGFET)
1.1. Rodzaje tranzystorów unipolarnych złączowych
Tranzystory unipolarne złączowe dzielą się na dwa rodzaje:
" z kanałem typu p
" z kanałem typu n
Kanał typu n Kanał typu p
D (Dren) D
G (Bramka)
G
S (y
ródło) S
Rys. 1. Oznaczenie graficzne tranzystora unipolarnego złączowego
1.2. Budowa tranzystora unipolarnego złączowego
G (Gate)
Bramka
p
S (Source) D (Drain)
n kanał n
y
ródło Dren
p
Warstwa zaporowa
Rys. 2. Budowa wewnętrzna tranzystora unipolarnego złączowego z kanałem typu n
Tranzystor JFET składa się z obszaru półprzewodnika typu n lub p, do którego w jednym końcu
dołączona jest elektroda S, czyli z
ródło a na drugim końcu elektroda D, czyli dren. Trzecia elektroda G 
bramka połączona jest z obszarem typu przeciwnego do obszaru kanału. Tworzy się dookólne złącze p n
wytworzone metodÄ… dyfuzji lub wtopienia.
- 2 -
1.3. Zasada działania oraz układy polaryzacji tranzystora unipolarnego
złączowego
p n
S D S D
n kanał typu n n p kanał typu p p
p n
UGS UGS
G
G
UDS UDS
Rys. 3. Układy prawidłowej polaryzacji tranzystorów unipolarnych złączowych.
Jak widać z rysunku 3, z
ródło i dren są tak spolaryzowane, aby umożliwić przepływ nośników
większościowych przez kanał od z
ródła do drenu. W tranzystorach z kanałem n przepływają elektrony a
w tranzystorach typu p przepływają dziury. Złącze bramka  kanał musi być spolaryzowane w kierunku
zaporowym.
Jak wiadomo, w pobliżu złącza p n powstaje warstwa zaporowa. Warstwa ta jest szersza od strony
kanału, a węższa od strony bramki. Wynika to z niejednakowego domieszkowania tych warstw (silniejsze
w bramce, słabsze w kanale). Warstwa zaporowa ma dużą rezystancję i powoduje zmniejszenie czynnego
przekroju kanału, przez który przepływa prąd. Wraz ze zwiększeniem polaryzacji złącza p n w kierunku
zaporowym (zwiększenie napięcia UGS) rozszerza się warstwa zaporowa i jej głębokość wnikania w
kanał. Dla napięcia UGS=Up kanał jest zablokowany i prąd drenu przestaje płynąć. Zatem dla ustalonego
napięcia między z
ródłem a drenem, rezystancja kanału, a więc i prąd drenu będzie funkcją napięcia
między bramką a z
ródłem.
1.4. Układy włączenia tranzystora unipolarnego złączowego
Tranzystory polowe złączowe mogą występować w trzech konfiguracjach układowych :
" wspólnego z
ródła (WS)
" wspólnego drenu (WD)
" wspólnej bramki(WG)
a) WS b) WG c) WD
D S D S
G
G
Uwy Uwe Uwy Uwy
Uwe Uwe
S G D
Rys. 4. Układy pracy tranzystora złączowego typu n a) WS, b) WG, c) WD
Najczęściej wykorzystuje się układ WS i właśnie w tym układzie dokonuje się pomiaru
charakterystyk.
- 3 -
1.5. Charakterystyki tranzystora unipolarnego złączowego
Właściwości statyczne tranzystora unipolarnego opisują rodziny charakterystyk przejściowych i
wyjściowych.
Charakterystyki przejściowe (bramkowe) przedstawiają zależność prądu ID od napięcia bramka 
z
ródło UGS, przy stałym UDS.
Charakterystyczne wielkości krzywych:
" UP - napięcie odcięcia bramka  z
ródło  napięcie jakie należy doprowadzić do bramki , aby przy
ustalonym napięciu UDS nie płynął prąd drenu.
" IDSS - prąd nasycenia - prąd drenu płynący przy napięciu UGS=0 i określonym napięciu UDS.
Ch-ka przejściowa ID = f (UGS )U =const Charakterystyka wyjściowa ID = f (UDS )U =const
DS GS
[mA] ID
10
UGS=0V
IDSS
9
UDS=5V
8
UDS=1V
UGS=-1V
7
(1) (2)
6
UGS=-2V
P1
5
4
P4
UGS=-3V
P3 P
P
"ID1
"ID2
3
2
UGS=-4V
P2
"UGS
1
"UDS
UGS UDS
Up
UDSsat
[V]
-1,8 -1,5 -1,2 -0,9 -0,6 -0,3 1 2 3 4 5 6 7 8 9
[V]
Rys. 5. Charakterystyki tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n
Charakterystyki wyjściowe (drenowe) przedstawiają zależność między prądem drenu ID i napięciem
dren  z
ródło UDS, przy stałym UGS.
Wyróżnia się cztery zasadnicze zakresy charakterystyk tranzystora unipolarnego złączowego:
(1) Zakres liniowy (triodowy). Prąd ID ze wzrostem napięcia UDS wzrasta w przybliżeniu liniowo.
1
ëÅ‚ öÅ‚
UGS - Å"UDSsat ÷Å‚
2
UGS < U , U d" U ID = G1ìÅ‚1 + Å"UDS
P DS DSsat
ìÅ‚
G2 ÷Å‚
íÅ‚ Å‚Å‚
- 4 -
G1 - konduktancja kanału przy UGS = 0
QC
G2 = QC -ładunek elektryczny przy UGS = 0 , CG - pojemność złącza.
CG
(2) Zakres nasycenia (pentodowy). UDS nieznacznie wpływa na wartość prądu drenu, zaś bramka
zachowuje właściwości sterujące.
2
ëÅ‚ öÅ‚
ìÅ‚1 UGS ÷Å‚
UGS < U , U e" U > U ID H" IDSS -
P DS max DS DSsat
ìÅ‚ ÷Å‚
U
p
íÅ‚ Å‚Å‚
(3) Zakres powielania lawinowego
UGS - dowolne, U > U
DS DS max
(4) Zakres zatkania (nieprzewodzenia).
U - dowolne, UGS e" U
DS P
1.6. Parametry tranzystora unipolarnego
Tranzystory unipolarne charakteryzuje się parametrami dla dużych wartości sygnałów (parametrami
statycznymi) oraz parametrami dla małych wartości sygnałów (parametrami dynamicznymi).
Parametry statyczne  to przede wszystkim parametry graniczne:
IDmax - dopuszczalny prąd drenu (od kilku do kilkudziesięciu mA)
UDSmax - dopuszczalne napięcie dren-z
ródło(od kilkunastu do kilkudziesięciu V)
PDmax - dopuszczalne straty mocy (od kilkudziesięciu do kilkuset mV)
Parametry dynamiczne
Wprowadza się następujące parametry małosygnałowe:
ID2 - ID1
"ID1
- konduktancja wzajemna (transkonduktancja) w punkcie
gm = =
UGS2 - UGS1 "UGS UDS = const
P(UGS,ID) (zgodnie z oznaczeniami z rys 5. P1(UGS1,ID1), P2(UGS2,ID2))
W interpretacji graficznej jest to tangens kąta nachylenia stycznej do charakterystyki przejściowej w
określonym punkcie P.
ID4 - ID3
1 "ID2
= = - konduktancja drenu (konduktancja wyjściowa) w punkcie
rd UDS4 - UDS4 "UDS UGS = const
P(UDS,ID) (zgodnie z oznaczeniami z rys 5. P3(UGS3,ID3), P4(UGS4,ID4))
W interpretacji graficznej jest to tangens kąta nachylenia stycznej do charakterystyki wyjściowej w
określonym punkcie P.
"UDS
rd = - rezystancja drenu (rezystancja wyjściowa) (w zakresie liniowym 
"ID UGS = const
przyjmuje niewielkie wartości, w zakresie nasycenia  od kilkudziesięciu do kilkuset k&!).
- 5 -
2. Przebieg ćwiczenia
2.1. Wyznaczanie charakterystyk tranzystora unipolarnego złączowego
Schemat pomiarowy
RD ID
mA
R1
D
G
S
VDS
ED
EG R2
VGS
Rys. 9. Układ do pomiaru charakterystyk tranzystora unipolarnego złączowego z kanałem typu n
Sposób przeprowadzenia pomiarów
" Połączyć układ pomiarowy przedstawiony na rys.9. (RD=1k&!, R1=100k&!, R2=10k&!).
" Wykonać pomiary charakterystyki przejściowej ID = f (UGS )U =const dla kilku (określa
DS
prowadzący) stałych wartości napięcia UDS. Pomiar polega na ustawieniu regulowanym
zasilaczem EG napięcia UGS (woltomierz VGS), ustawieniu regulowanym zasilaczem ED określonej
stałej wartości napięcia UDS (woltomierzem VDS), i odczycie wskazań wszystkich przyrządów
pomiarowych. Wyniki notujemy w tabeli 1. Napięcie UGS należy zmieniać w zakresie od 0 do
napięcia progowego UP (prąd drenu ID=0)
" Określić napięcie progowe Up tranzystora.
" Wykonać pomiary charakterystyki wyjściowej ID = f (UDS )U =const tranzystora unipolarnego
GS
złączowego z kanałem typu n dla stałych wartości napięcia UGS.: UGS1=0,25UP UGS2=0,5UP
UGS3=0,75UP. Pomiar polega na ustawieniu regulowanym zasilaczem EG określonej wartości
napięcia UGS (woltomierzem VGS), ustawieniu regulowanym zasilaczem ED napięcia UDS
(woltomierz VDS), i odczycie wskazań wszystkich przyrządów pomiarowych. Wyniki notujemy w
tabeli 2. Napięcie UDS należy zmieniać się w zakresie od 0 do 15V.
Tabela pomiarowa
Tabela. 1. Pomiar charakterystyki przejściowej ID = f (UGS )U =const
DS
UDS=& V UDS=& V UDS=& V
Lp
UGS[V] ID[mA] UGS[V] ID[mA] UGS[V] ID[mA]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11
12.
- 6 -
Tabela. 2. Pomiar charakterystyki wyjściowej ID = f (UDS )U =const
GS
UGS=& V UGS=& V UGS=& V
Lp
UDS[V] ID[mA] UDS[V] ID[mA] UDS[V] ID[mA]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11
12.
13.
14.
15.
3. Opracowanie wyników pomiaru
W sprawozdaniu należy zamieścić:
1. Schemat pomiarowe realizowany na ćwiczeniu.
2. Tabele pomiarowe z wynikami.
3. Charakterystyki tranzystora polowego złączowego sporządzone na podstawie przeprowadzonych
pomiarów.
4. Wyznaczenie parametrów rd, gm, - dla określonych wartości UGS, UDS (podanych przez
prowadzÄ…cego).
5. Wnioski.
- 7 -