Nr ćw.	Temat ćwiczenia	Data	Ocena	Podpis
9.	Badanie charakterystyk tranzystora unipolarnego (BF 245).	1999-09-27

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 U_GS = ±30 V

Napięcie stałe dren - źródło U_DS = ±30 V

Dopuszczalna moc P_tot = 360 mW

Prąd drenu Idss

A (2 - 6,5 mA)

B (6 - 15 mA)

C (12 - 25 mA)

Napięcie odcięcia bramka - źródło U_Gsoff = -0,5 V do -0,8 V

Krzywa mocy admisyjnej w układzie I_D = f (U_DS.)

Uds [V]	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,75	1	1,25	1,5	1,75
Id [mA]	3600	1800	1200	900	720	480	360	288	240	205,71
Uds [V]	2	2,5	3	4	5	8	10	15	18
Id [mA]	180	144	120	90	72	45	36	24	20

Schemat układu pomiarowego

Wyznaczanie charakterystyki wyjściowej I_D = f (U_DS.)

Ustawiamy konkretne wartości napięcia bramki. Regulując napięciem U_DS , odczytujemy wartość prądu drenu. Wyznaczamy rodzinę charakterystyk dla różnych wartości napięć bramka - źródło.

Na początku w miarę zwiększania napięcia, prąd płynący przez tranzystor wzrasta liniowo (tranzystor zachowuje się jak zwyczajny rezystor - tzw. zakres pracy liniowej). Jednak po dalszym wzroście napięcia, prąd drenu stopniowo zaczyna wzrastać coraz wolniej, aż w końcu stabilizuje się na określonej wartości. Dalszy wzrost napięcia dren - źródło nie powoduje wzrostu prądu płynącego przez tranzystor. Jest to tzw. praca w zakresie nasycenia. Wartość tego prądu bardzo silnie zależy od napięcia U_GS. Im przy większym napięciu (ujemnym) bramki prowadzimy pomiary, tym prąd osiąga mniejsze wartości. (Można to uzasadnić tak : im większe napięcie bramki, tym rezystancja drenu jest większa).

Wyznaczanie charakterystyki przejściowej I_D = f(U_GS)

Ustawiamy konkretne wartości napięcia dren - źródło. Regulując napięciem U_GS, odczytujemy wartości prądu drenu. Wyznaczamy rodzinę charakterystyk dla różnych wartości napięć dren - źródło.

Wraz ze wzrostem napięcia bramki, maleje prąd drenu. Jest to podstawowa zależność, wykorzystywana w tranzystorze unipolarnym. (Napięcie U_GS ujemnie polaryzuje złącze PN bramka - źródło. Wraz z jego wzrostem powiększa się warstwa zaporowa tego złącza, zmniejszając szerokość kanału, którym płyną elektrony. Przy odpowiednio dużym napięciu warstwa zaporowa całkowicie „zatyka” kanał - prąd nie może płynąć. )

Wartość prądu zależy od napięcia U_DS przy jakim prowadzone są pomiary. Im jest ono większe, tym prąd przyjmuje większe wartości i zjawisko zatkania tranzystora następuje przy większych wartościach napięć bramki (wynika to po prostu z prawa Ohma).

Tranzystory polowe - budowa i zasada działania

Ogólnie zasada działania tranzystorów polowych polega na zmianie rezystancji półprzewodnika pod wpływem pola elektrycznego.

Tranzystory unipolarne złączowe (JFET - Junction Field Effect Transistor)

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. Malenie prądu drenu zależy od napięcia U_DS - im jest ono większe, tym prąd drenu będzie przyjmował większe wartości. Przy odpowiednio dużym napięciu U_GS kanał może zostać „zatkany” - wtedy prąd nie będzie mógł płynąć.

Warstwa zaporowa zwiększa się również w miarę zwiększania napięcia U_DS. Przy stałym napięciu bramki, zwiększanie napięcia U_DS w początkowej fazie będzie powodowało prawie liniowy wzrost prądu - będzie to zakres pracy liniowej. Jednakże wraz ze wzrostem tego napięcia będzie również zwężał się kanał (w mniejszym jednak stopniu niż przy bezpośrednim wzroście U_GS). Prąd będzie wzrastał coraz bardziej łagodnie (stan nienasycenia). Lecz po przekroczeniu pewnej granicy (U_Dssat - napięcia nasycenia), dalszy wzrost napięcia nie będzie powodował większych zmian prądu. Taki stan nazywamy stanem nasycenia. Warstwa zubożona zajmie całą (lub prawie całą) szerokość kanału. Właśnie ta duża rezystancja kanału będzie hamowała dalszy wzrost prądu.

Tranzystory unipolarne z izolowaną bramką (MOSFET - Metal - Oxide - Semiconductor Field Effect Transistor)

Podstawowa zasada praca jest taka sama jak w normalnym tranzystorze złączowym. Zasadniczą różnicą w budowie jest całkowite odizolowanie elektrody bramki od kanału warstwą izolatora (zazwyczaj SiO₂ - obszar zakreskowany). Spowodowało to znaczne zwiększenie rezystancji wejściowej tranzystora. Mogą występować dwa rodzaje kanału - wbudowany lub indukowany.

Z kanałem wbudowanym mamy do czynienia, gdy pomiędzy źródłem a drenem znajduje się już wdyfundowany kanał, którym mogą płynąć nośniki. Wtedy do bramki podłącza się potencjał równy potencjału nośników w kanale (tzn. - dla kanału N, + dla kanału P). Wtedy zwiększanie napięcia bramki będzie powodowało „wypychanie” nośników z kanału, zwiększanie jego rezystancji i malenie prądu płynącego przez tranzystor.

W przypadku tranzystora z kanałem indukowanym, rola bramki polega na wyindukowaniu tegoż właśnie kanału. Polaryzuje się ją tym przeciwnym znakiem, niż znak ładunku reprezentowany przez nośniki w kanale. Zwiększanie napięcia bramki będzie powodowało „przyciąganie” nośników, które utworzą kanał. Stąd taki tranzystor będzie pracował dopiero wtedy, gdy napięcie bramki przekroczy określoną wartość. Im większe napięcie sterujące, tym rezystancja kanału będzie mniejsza, a prąd płynący przez tranzystor - większy.

Pojawia się nowa elektroda B połączona z podłożem. Zazwyczaj wyprowadzona jest na zewnątrz i zwarta ze źródłem, ale może pełnić dodatkową rolę sterującą.

Tranzystory MOS, dzięki swym doskonałym parametrom (bardzo dużą rezystancją wejściową, możliwością pracy przy wysokich częstotliwościach, małym poborem mocy) znalazły zastosowanie w produkcji układów scalonych (zwłaszcza o wielkiej skali integracji VLSI oraz układów w.cz.).

Spis przyrządów :

Układ do badania tranzystorów polowych

Mierniki (wyk. przy pracach dyplomowych) wolto - amperomierze.

Tranzystor polowy złączowy z kanałem typu N

Tranzystor MOSFET z kanałem wbudowanym typu N

---