1.12.2010

ELEMENTY PÓŁPRZEWODNIKOWE

LABORATORIUM

ĆW. NR 4

POLOWY TRANZYSTOR ZŁĄCZOWY JFET

Wykonali:

Piotr Iwanowski

Tomasz Bronk

Dawid Budnarowski

1. Wykreślenie na jednym wykresie zmierzonych charakterystyk wyjściowych i_D(u_DS) tranzystora z zaznaczoną granicą między zakresem nasycenia i nienasycenia.

Granicę między zakresami nasycenia i nienasycenia opisuje równanie:

stąd:

Dla U_GS=(-1) u_Dssat=(-1-(-2,73))=1,73

Dla U_GS=(-0,6) u_Dssat=(-0,6-(-2,73))=2,13

Dla U_GS=(-0,3) u_Dssat=(-0,3-(-2,73))=2,43

Dla U_GS=(0,5) u_Dssat=(0,5-(-2,73))=3,23

Na podstawie otrzymanych charakterystyk wyznaczamy wartość napięcia U_E .

Wartość napięcia U_E można wyznaczyć ze wzoru: (x_B-x_A)(y-y_A)=(y_B-y_A)(x-x_A)

x_B, x_A ,y_A ,y_B- współrzędne punktów z zakresu nasycenia

x-wartość napięcia U_E

y- prąd drenu , w tym przypadku i_D=0

Dla U_GS=-1[V]:

(12 -4[V])(0-6,1[mA])=(6,1[mA]-5,93[mA])(x-4[V])

-8·0,00061=0,00017x-(0,00017·4)

-0,00488+0,00068=0,00017x

x=-24,71[V]

Dla U_GS=-0,6[V]:

(12 -3,3[V])(0-7,98[mA])=(7,98[mA]-7,45[mA])(x-3,3[V])

-8,7·0,00798=0,00053x-(0,00053·3,3)

-0,069426+0,001749=0,00053x

x=-127,69[V]

Dla U_GS=-0,3[V]:

(12 -4[V])(0-9,15 [mA])=(9,15[mA]-8,95[mA])(x-4[V])

-8·0,00915=0,0002x-(0,0002·4)

-0,0732+0,0008=0,0002x

x=-362[V]

Dla U_GS=0,5[V]:

(12 -4[V])(0-12,98 [mA])=(12,98[mA]-12,4[mA])(x-4[V])

-8·0,01298=0,00058x-(0,00058·4)

-0,10384+0,00232=0,00058x

x=-175,03[V]

1. Wykreślone na jednym wykresie zmierzone charakterystyki przejściowe i_D(u_GS) tranzystora.

2. Wyznaczone wartości parametrów małosygnałowych tranzystora (transkonduktancji g_m oraz konduktancji wyjściowej g_ds ) dla dwóch punktów pracy (jednym leżącym w zakresie nasycenia, oraz drugim w zakresie nienasycenia).

- transkonduktancja

- konduktancję wyjściową

Zakres nasycenia

g_m=$\frac{8,97\left\lbrack \text{mA} \right\rbrack - 2,83\lbrack mA\rbrack}{- 0,1\left\lbrack V \right\rbrack + 1,5\lbrack V\rbrack}$=$\frac{6,14\left\lbrack \text{mA} \right\rbrack}{1,4\lbrack V\rbrack}$≈4,39[mS]

g_ds=$\frac{1,8\left\lbrack \text{mA} \right\rbrack - 1,43\lbrack\text{mA}\rbrack}{0,25\left\lbrack V \right\rbrack - 0,2\lbrack V\rbrack}$=$\frac{0,37\lbrack\text{mA}\rbrack}{0,05\lbrack V\rbrack}$≈7,4[mS]

Zakres nienasycenia

g_m=$\frac{16,31\left\lbrack \text{mA} \right\rbrack - 10,8\lbrack mA\rbrack}{1,26\left\lbrack V \right\rbrack - 0,1\lbrack V\rbrack}$=$\frac{5,51\left\lbrack \text{mA} \right\rbrack}{1,16\lbrack V\rbrack}$≈4,75[mS]

g_ds==$\frac{12,98\left\lbrack \text{mA} \right\rbrack - 12,91\lbrack\text{mA}\rbrack}{12\left\lbrack V \right\rbrack - 10\lbrack V\rbrack}$=$\frac{0,07\lbrack\text{mA}\rbrack}{2\lbrack V\rbrack}$≈35[µS]

1. W celu wyznaczenia wartości parametrów małosygnałowych (transkonduktancji i konduktancji wyjściowej ) tranzystora na podstawie charakterystyk statycznych skorzystano ze wzorów opisujących te charakterystyki dla poszczególnych zakresów pracy z zakresu przewodzenia.

Odpowiednio dla zakresu nienasycenia:

Aby obliczyć transkonduktancję liczymy pochodną względem u_GS:

g_m=9,5[mA]·(2·$\frac{1}{- 2,73\lbrack V\rbrack}$·$\frac{3\lbrack V\rbrack}{- 2,73\lbrack V\rbrack}$)=7,65[mS]

Aby obliczyć konduktancję wyjściową liczymy pochodną względem u_DS:

g_ds=9,5[mA]·(2·($\frac{- 0,5\lbrack V\rbrack}{- 2,73\lbrack V\rbrack} - 1) \frac{1}{- 2,73\lbrack V\rbrack} - 2 \frac{3\lbrack V\rbrack}{7,45\lbrack{V\rbrack}^{2}}) =$ 4,58[mS]

Dla zakresu nasycenia:

Aby obliczyć transkonduktancję liczymy pochodną względem u_GS:

g_m=9,5[mA]·(2·$\frac{- 0,5\lbrack V\rbrack}{7,45\lbrack V\rbrack}$·$\frac{2}{- 2,73\lbrack V\rbrack}$)(1+$\ \frac{3\left\lbrack V \right\rbrack - 3,23\lbrack V\rbrack}{175,03\lbrack V\rbrack})$=4,1[µS]

Aby obliczyć konduktancję wyjściową liczymy pochodną względem u_DS:

g_ds=9,5[mA]·($\frac{- 0,5\lbrack V\rbrack}{- 2,73\lbrack V\rbrack} - 1)^{2}$·$\ \frac{1}{\ 175,03\lbrack V\rbrack}$=36,22[µS]

1. Wyznaczanie wartości przyrostowej rezystancji wejściowej tranzystora na podstawie pomiarów prądu bramki przy dwóch dodatnich napięciach u_GS.

dla dodatnich napięć u_GS:

r_ds(0,5V)=$\frac{{- 2,73}^{2}}{2 0,0095 (0,5 + 2,73)}$=$\frac{7,45}{0,06137}$=121,39[Ω]

- dla ujemnych napięć u_GS:

r_ds(-0,3V)=$\frac{{- 2,73}^{2}}{2 0,0095 ( - 0,3 + 2,73)}$=$\frac{7,45}{0,04617}$=161,36[Ω]

r_ds(-0,6V)=$\frac{{- 2,73}^{2}}{2 0,0095 ( - 0,6 + 2,73)}$=$\frac{7,45}{0,04047}$=184,09[Ω]

r_ds(-1V)=$\frac{{- 2,73}^{2}}{2 0,0095 ( - 1 + 2,73)}$=$\frac{7,45}{0,03287}$=226,65[Ω]

1. Wyznaczanie wartości rezystancji r_ds dla różnych napieć u_GS korzystając z pomiarów charakterystyk wyjściowych i_D(u_DS), uzyskanych dla małych wartości napięcia u_DS.

r_ds(-1V) = 0,001 [V] / 0,000006 [A] = 166,66 [Ω]

r_ds(-0,6V) = 0,004 [V] / 0,00002 [A] = 200 [Ω]

r_ds(-0,3V) = 0,003 [V] / 0,0,00002 [A] = 150 [Ω]

r_ds(0,5V) = 0,067 [V] / 0,0005 [A] = 134 [Ω]