II EE-DI 2012 10.05. 2012 Rzeszów

LABORATORIUM - ELEKTRONIKA

NUMER ĆWICZENIA: 3

TEMAT ĆWICZENIA:

Tranzystory polowe JFET i MOSFET

Damian Kielar

L2

1.Schemat pomiarowy:

Tranzystor JFET typu „n” (BF 245B):

Charakterystyka przejściowa tranzystora złączowego.

Charakterystyka wyjściowa tranzystora złączowego.

Dane katalogowe BF 245B

15 mA > I_DSS > 6 mA

-1,9 V < -U_p < -4,3 V

U_{GS wył} = 8V
I_G = 10 mA

I_D − 25mA

P = 350 mW

U_{DS max} = 25 V

I_GSS − 5nA

Tabele pomiarowe:

Charakterystyka przejściowa

UDS=3V	UDS=5V	UDS=7V
UGS[V]	ID[mA]	UGS[V]
0	10,42	0
-0,15	9,92	-0,5
-0,5	8,82	-2
-1,2	6,77	-2,6
-2,5	3,1	-3,5
-3,7	0,53	-4
-4	0,13	-4,5

Charakterystyka wyjściowa

UGS=0V	UGS= − 1, 5V	UGS= − 3V
UDS[V]	ID[mA]	UDS[V]
0	0,1	0
0,3	2,1	0,1
0,5	3,6	1,5
1,3	7,9	4,2
2,1	10,7	5,3
3,3	12,8	6,1
4,6	13,7	7
5,9	13,7	8,2
14,6	13,8	14,2

Wykresy:

I_D = f(U_DS), U_GS=const I_D = f(U_GS), U_DS=const

U_GS[V]

Tranzystor MOSFET IRF620:

Dane katalogowe IRF 620

U_DS, U_DG = 200V

U_GS = 20V

I_D = 6A

I_DSS = 10uA

P = 70W

R_DS < 0, 8Ω

Tabele pomiarowe:

Charakterystyka przejściowa

UDS=3V	UDS=5V	UDS=7V
UGS[V]	ID[mA]	UGS[V]
3	0,1	2,4
3,17	0,5	3
3,25	1	3,5
3,5	50	4
4	61	4,4
4,2	100	4,8
4,5	472	5
5	1400	5,3

Charakterystyka wejściowa

UGS=3, 5V	UGS=4, 5V
UDS[V]	ID[mA]
0	1,2
1,6	14
1,8	19
2,1	29
2,5	31
3,1	32
3,7	39
4,4	47
5,1	50
5,4	58
6,7	64

Wykresy:

I_D = f(U_GS), U_DS = const

I_D = f(U_DS), U_GS = const

DLA TRANZYSTORA JFET

Wyznaczenie parametrów I_DSS oraz U_P równania opisującego charakterystykę przejściową:

Natężenie prądu drenu I_D wzór:

gdzie:

I_DSS - prąd w zakresie nasycenia dla U_GS=0,

U_p - napięcie odcięcia kanału, napięcie polaryzacji U_GS, przy którym obszary ładunku przestrzennego złącza zamykają kanał, I_D=0

Teoretyczny wykres charakterystyki przejściowej w układzie kartezjańskim powinien być funkcją liniową gdzie:

W celu wyznaczenia współczynników równania liniowego a i b posługujemy się dostępną w znanym programie EXEL funkcją REGLINP. Znając te parametry możemy za pomocą powyższych wzorów obliczyć wartości Up i Idss badanego tranzystora.

Dla charakterystyk przejściowych I_D = f(U_GS)

U_DS=3V

Wartość współczynników:

a=2,6063 i b=10,157

Podstawiając do równań otrzymujemy:

I_DSS = b² = 10,15² = 103 mA

U_DS=5V

Wpółczynniki:

a=3,124; b=12,46

Podstawiając do powyższych równań uzyskujemy:

I_DSS = b² = 12,46² = 155 mA

U_DS=7V

Współczynniki:

a=2,983; b=12,60

Podstawiając do powyższych równań uzyskujemy:

I_DSS = b² = 12,60² = 158 mA

Charakterystyki teoretyczne wyznaczone ze wzoru:

U_DS=3V

U_DS=5V

U_DS=7V

Wyznaczanie kondunktancji wyjściowej g_DS dla tranzystora JFET i MOSFET

Charakterystyki g_DS = f(U_DS)

JFET

MOSFET

Wyznaczanie transkonduktancji g_m dla tranzystora JFET

= =

Charakterystyki g_m = f(U_GS)

Podstawowe parametry tranzystora oraz parametry różniczkowe gm i gds - ich sens fizyczny

    Tranzystory unipolarne opisuje się, między innymi za pomocą następujących parametrów:

• Napięcie odcięcia bramka-źródło U_GS(OFF) , czyli napięcie jakie należy doprowadzić do bramki, aby przy ustalonym napięciu U_DS nie płynął prąd drenu.

• Napiecie progowe U_P - napięcie jakie należy doprowadzić, aby przez tranzystor popłynął prad

• Prąd nasycenia I_DSS prąd drenu płynący przy napięciu U_GS=0 i określonym napięciu U_DS.

• Prąd wyłączenia I_D(OFF) - prąd drenu płynący przy spolaryzowaniu bramki napięciem |U_GS| > |U_GS(OFF)|

• Rezystancja statyczna włączenia R_DS(ON) - rezystancja między drenem a źródłem tranzystora pracującego w zakresie liniowym charakterystyki I_D = f(U_DS) przy U_GS=0;

• Resystancja statyczna wyłączenia R_DS(OFF) - rezystancja między drenem a źródłem tranzystora znajdującego się w stanie odcięcia

• Dopuszczalny prąd drenu I_Dmax

• Dopuszczalny prąd bramki I_Gmax

• Dopuszczalne napięcie dren-źródło U_DSmax

• Dopuszczalne straty mocy P_{tot max}

• Właściwości wzmacniające tranzystora określa stosunek zmiany prądu I_D do zmiany napięcia sterującego U_GS nazywany konduktancją wzajemną (transkonduktancją) g_m:

•     W interpretacji graficznej g_m oznacza tangens kąta nachylenia stycznej do charakterystyki przejściowej w określonym punkcie. Wyznaczając w analogiczny sposób nachylenie stycznej do charakterystyki wyjściowej w punkcie otrzymać można drugi ważny parametr tranzystora g_ds zwany konduktancją drenu lub konduktancją wyjściową.

Wnioski

Podczas wykonywania ćwiczenia badaliśmy dwa tranzystory unipolarne typu JFET BF 245B oraz MOSFET IRF 620. Analizując wyniki pomiarów dokonanych podczas badania oraz charakterystyk stwierdziliśmy, że tranzystor ma parametry zbliżone do tych w danych katalogowych.

Charakterystyki przejściowe wyznaczone z punków pomiarowych są zbliżone do charakterystyk teoretycznych otrzymanych z wcześniej wyliczonych parametrów.

Napięcie U_t i U_p nie zależą od napięcia U_DS. Można to wywnioskować z charakterystyki przejściowej. Wartości te są specyficzne dla danego rodzaju tranzystora.

Porównując dane katalogowe oraz dane obliczone podczas ćwiczenia można wywnioskować że dane te mają prawie takie same wartości lub mieszczą się w zakresie podane przez producenta w katalogu. Różne odchylenia wartości można wytłumaczyć błędami obliczeniowymi, oraz zbyt małą ilością pomiarów.

Można powiedzieć że dla małych wartości napięcia dren-źródło omawiany tranzystor typu MOSFET stanowi liniowy rezystor, którego rezystancję można regulować za pomocą napięcia bramka-źródło.

W tranzystorze JFET gdy będziemy coraz bardziej zwiększać napięcie U_GS to rezystancja będzie się zwiększać aż będzie bardzo duża przy zamknięciu kanału.
Można powiedzieć, że tranzystor JFET jest swego rodzaju rezystorem sterowanym napięciowo.

Przy badaniu charakterystyk trzeba było zwrócić szczególną uwagę na dopuszczalne parametry. Nie wolno było przekroczyć w obu przypadkach granicznych maksymalnych wartości dla I _D ,  U_DS i U_GS