Politechnika Świętokrzyska w Kielcach Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki
Laboratorium Podstawy Elektroniki
Ćw. nr 4
Data wykonania ćwiczenia : 13.12.2012r.
1.
3.

Wstęp.

Na zajęciach zajmowaliśmy się badaniem tranzystorów polowych złączowych JFET z kanałem typu n. Będziemy wyznaczać jego charakterystyki statyczne i parametry w układzie o wspólnym źródle WS. oraz rodziny charakterystyk wyjściowych i przejściowych.

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyk tranzystora BF 245: I_D=I_D(U_GS)|_UDS=const; I_D=I_D(U_DS)|_UGS=const W oparciu o definicję obliczyć należy wartości g_m oraz r_d w wybranym punkcie pracy za pomocą metody graficznej.

Przebieg ćwiczenia.

Ćwiczenie polega na wykonaniu pomiaru charakterystyki przejściowej dla stałych wartości napięć U_DS1=1V oraz U_DS2=3V. Pomiar polega na ustawieniu regulowanym zasilaczem E_G napięcia U_GS (woltomierz V_GS), ustawieniu regulowanym zasilaczem E_D określonej stałej wartości napięcia U_DS (woltomierzem V_DS), i odczycie prądu drenu I_D (miliamperomierz mA). Ustawić kolejną wartość napięcia U_DS i odczytać prąd I_D. Druga cześć ćwiczenia to wykonanie pomiarów charakterystyki wyjściowej dla stałych wartości napięcia U_GS1=0V, U_GS2=-1V, U_GS3=-3V.

Rys 1. Układ do pomiaru statycznych charakterystyk tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n.

Tabele pomiarowe

Tab 1. Pomiar charakterystyk przejściowych ID=f(UGS)|UDS=const tranzystora polowego złączowego BF 245

L.p.	UGS [V]	UDS= 1 V	UDS= 2 V	UDS= 3 V	UDS= 4 V
		ID [mA]	ID [mA]	ID [mA]	ID [mA]
1.	-0,0	5,27	8,00	8,86	9,27
2.	-0,2	4,92	7,20	7,94	8,91
3.	-0,5	4,27	6,17	6,75	6,92
4.	-0,7	3,86	5,50	5,94	6,08
5.	-1,0	3,32	4,50	4,82	4,93
6.	-1,2	2,92	3,85	4,10	4,19
7.	-1,5	2,30	2,93	3,10	3,18
8.	-1,7	1,90	2,34	2,49	2,54
9.	-1,8	1,70	2,07	2,19	2,25
10.	-2,0	1,31	1,56	1,66	1,70
11.	-2,1	1,10	1,32	1,41	1,45
12.	-2,3	0,76	0,88	0,95	0,98
13.	-2,5	0,45	0,51	0,56	0,58
14.	-2,9	0,07	0,06	0,07	0,08
15.	-3,2	0,00	0,00	0,00	0,00

Tab 2. Pomiar charakterystyk wyjściowych ID=f(UDS)|UGS=const tranzystora polowego złączowego BF 245

L.p.	UDS [V]	UGS= 0 V	UGS= -0,5 V	UGS= -1 V	UGS= -1,5 V	UGS= -2,0 V
		ID [mA]	ID [mA]	ID [mA]	ID [mA]	ID [mA]
1.	0,0	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
2.	0,2	1,27	1,07	0,82	0,64	0,44
3.	0,4	2,44	1,91	1,61	1,37	0,77
4.	0,6	3,53	2,86	2,25	1,66	1,03
5.	0,8	4,50	3,65	2,79	2,01	1,20
6.	1,0	5,32	4,27	3,26	2,31	1,32
7.	2,0	8,02	6,18	4,43	2,89	1,56
8.	3,0	8,92	6,77	4,74	3,09	1,65
9.	4,0	9,27	6,99	4,87	3,17	1,70
10.	5,0	9,42	7,10	4,95	3,23	1,74
11.	6,0	9,45	7,17	5,00	3,27	1,77
12.	7,0	9,47	7,27	5,04	3,29	1,79
13.	8,0	9,47	7,24	5,08	3,33	1,81
14.	9,0	9,36	7,25	5,08	3,34	1,83
15.	10,0	9,44	7,25	5,10	3,36	1,84

Obliczanie wartości konduktancji wzajemnej (transkonduktancji g_m) i rezystancji drenu (r_d) w wybranym punkcie pracy przy wykorzystaniu metody graficznej.

a.) Wyznaczanie transkonduktancji (g_m) z charakterystyki przejściowej:

$g_{m} = \frac{\left| I_{D2} - I_{D1} \right|}{\left| U_{\text{GS}2} - U_{\text{GS}1} \right|} = \frac{I_{D}}{{U}_{\text{GS}}}|\ _{U_{\text{DS}} = \text{const}}$

• dla U_DS=1 V w punkcie P: U_GS=2,3 V (do obliczenia posłużyły punkty P₁: U_GS=2,1 V i P₂: U_GS=2,5 V)

$$g_{m} = \frac{\left| 0,45mA - 1,10mA \right|}{\left| 2,5V - 2,1V \right|} = \frac{| - 0,65mA|}{|0,4V|} = \frac{| - 0,00065A|}{|0,4V|} = 1,625\frac{A}{V}\ |\ _{U_{\text{DS}} = 1V}$$

• dla U_DS=2 V w punkcie P: U_GS=2,3 V (do obliczenia posłużyły punkty P₁: U_GS=2,1 V i P₂: U_GS=2,5 V)

$$g_{m} = \frac{\left| 0,51mA - 1,32mA \right|}{\left| 2,5V - 2,1V \right|} = \frac{| - 0,81mA|}{|0,4V|} = \frac{| - 0,00081A|}{|0,4V|} = 2,025\frac{A}{V}\ |\ _{U_{\text{DS}} = 2V}$$

• dla U_DS=3 V w punkcie P: U_GS=2,3 V (do obliczenia posłużyły punkty P₁: U_GS=2,1 V i P₂: U_GS=2,5 V)

$$g_{m} = \frac{\left| 0,56mA - 1,41mA \right|}{\left| 2,5V - 2,1V \right|} = \frac{| - 0,85mA|}{|0,4V|} = \frac{| - 0,00085A|}{|0,4V|} = 2,125\frac{A}{V}\ |\ _{U_{\text{DS}} = 3V}$$

• dla U_DS=4 V w punkcie P: U_GS=2,3 V (do obliczenia posłużyły punkty P₁: U_GS=2,1 V i P₂: U_GS=2,5 V)

$$g_{m} = \frac{\left| 0,58mA - 1,45mA \right|}{\left| 2,5V - 2,1V \right|} = \frac{| - 0,87mA|}{|0,4V|} = \frac{| - 0,00087A|}{|0,4V|} = 2,175\frac{A}{V}\ |\ _{U_{\text{DS}} = 4V}$$

b.) Wyznaczanie rezystancji drenu(r_d) z charakterystyki wyjściowej:

$$r_{d} = \frac{\left| U_{DS2} - U_{DS1} \right|}{\left| I_{D2} - I_{D1} \right|} = \frac{{U}_{\text{DS}}}{{I}_{D}}|U_{\text{GS}} = const$$

• dla U_GS=0 V w punkcie P: U_DS=6 V (do obliczenia posłużyły punkty P₁: U_DS=5 V i P₂: U_DS=7 V)

$$r_{d} = \frac{\left| 7V - 5V \right|}{\left| 9,47mA - 9,42mA \right|} = \frac{\left| 2V \right|}{\left| 0,05mA \right|} = \frac{\left| 2V \right|}{\left| 0,00005A \right|} = 40000\mathrm{\Omega} = 40k\mathrm{\Omega}|U_{\text{GS}} = const$$

• dla U_GS=-0,5 V w punkcie P: U_DS=6 V (do obliczenia posłużyły punkty P₁: U_DS=5 V i P₂: U_DS=7 V)

$$r_{d} = \frac{\left| 7V - 5V \right|}{\left| 7,27mA - 7,10mA \right|} = \frac{\left| 2V \right|}{\left| 0,17mA \right|} = \frac{\left| 2V \right|}{\left| 0,00017A \right|} = 11765\mathrm{\Omega} = 11,765k\mathrm{\Omega}|U_{\text{GS}} = const$$

• dla U_GS=0 V w punkcie P: U_DS=6 V (do obliczenia posłużyły punkty P₁: U_DS=5 V i P₂: U_DS=7 V)

$$r_{d} = \frac{\left| 7V - 5V \right|}{\left| 5,04mA - 4,95mA \right|} = \frac{\left| 2V \right|}{\left| 0,09mA \right|} = \frac{\left| 2V \right|}{\left| 0,00009A \right|} = 22222\mathrm{\Omega} = 22,222k\mathrm{\Omega}|U_{\text{GS}} = const$$

• dla U_GS=0 V w punkcie P: U_DS=6 V (do obliczenia posłużyły punkty P₁: U_DS=5 V i P₂: U_DS=7 V)

$$r_{d} = \frac{\left| 7V - 5V \right|}{\left| 3,29mA - 3,23mA \right|} = \frac{\left| 2V \right|}{\left| 0,06mA \right|} = \frac{\left| 2V \right|}{\left| 0,00006A \right|} = 33333\mathrm{\Omega} = 33,333k\mathrm{\Omega}|U_{\text{GS}} = const$$

• dla U_GS=0 V w punkcie P: U_DS=6 V (do obliczenia posłużyły punkty P₁: U_DS=5 V i P₂: U_DS=7 V)

$$r_{d} = \frac{\left| 7V - 5V \right|}{\left| 1,79mA - 1,74mA \right|} = \frac{\left| 2V \right|}{\left| 0,05mA \right|} = \frac{\left| 2V \right|}{\left| 0,00005A \right|} = 40000\mathrm{\Omega} = 40k\mathrm{\Omega}|U_{\text{GS}} = const$$

1. Charakterystyki tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n BF 245A

2. Wnioski:

Z wykreślonej charakterystyki przejściowej wynika, że:

• napięcie odcięcia bramka-źródło wynosi Up=-3,2 V.

Z charakterystyki przejściowej:

• Im większe napięcie dren-źródło tym większy prąd nasycenia I_DSS.

• Wraz ze wzrostem napięcia bramka-źródło rośnie prąd drenu I_D.

Z charakterystyki wyjściowej:

• Im większa wartość napięcia U_GS tym większe wartości przyjmuje prąd drenu I_D.

• Im większe napięcie U_DS tym większe wartości przyjmuje prąd I_D przy czym dla każdej wartości U_GS od pewnego momentu prąd I_D ulega stabilizacji. Im mniejsza przyjęta wartość napięcia U_GS tym prąd I_D ulega wcześniej stabilizacji.

Z przeprowadzonych obliczeń wynika że:

• Im większe napięcie U_DS tym większy współczynnik wzmocnienia napięciowego k_u.

• Im większa wartość U_DS tym większa konduktancja wzajemna g_m.