AKADEMIA TECHNICZNO-ROLNICZA w BYDGOSZCZY Instytut Telekomunikacji i Elektrotechniki
ZAKŁAD PODSTAW ELEKTRONIKI	Imię i nazwisko:
Laboratorium Elementów i Układów Elektronicznych	1. Tomasz Mioduszewski
Nr ćwiczenia 2 Temat: Tranzystor polowy - JFET.	2. Radosław Kałaska Nr grupy: K5 Semestr IV
Data wyk. ćw. Data oddania spr. Ocena: 99.03.29 99.04.12	Instytut: T i E

I. Cel ćwiczenia:

Wyznaczenie charakterystyk statycznych i parametrów tranzystora polowego JFET w konfiguracji WS oraz zapoznanie się z jego właściwościami jako rezystora sterowanego napięciem.

II. Wykorzystane przyrządy:

miliamperomierz, miliwoltomierz nr 3411010.74 kl. 0,5

multimetr V560 nr 14696/1996

multimetr V541 nr 657

III. Pomiary.

1. Pomiar charakterystyk statycznych.

1.1. Układ pomiarowy.

1.2. Pomiar rodziny charakterystyk wyjściowych I_D = f(U_DS), U_GS - parametr.

U GS = 0,0 [V]		U GS = 0,5[V]		U GS = 1,0 [V]		U GS = 1,5 [V]
UDS[V]	ID [ mA]	UDS[V]	ID [ mA]	UDS[V]	ID [ mA]	UDS[V]	ID [ mA]
0	0	0	0	0	0	0	0
0,75	2,49	0,75	1,90	0,75	1,28	0,75	0,62
1,50	4,20	1,50	2,86	1,50	1,72	1,50	0,72
3,00	5,16	3,00	3,38	3,00	1,90	3,00	0,76
4,50	5,32	4,50	3,48	4,50	1,95	4,50	0,78
6,00	5,36	6,00	3,52	6,00	1,97	6,00	0,80
7,50	5,36	7,50	3,52	7,50	1,99	7,50	0,80
9,00	5,36	9,00	3,54	9,00	2,00	9,00	0,80

1.3. Pomiar charakterystyk przejściowych I_D = f(U_GS), U_DS. - parametr.

U DS. = 2,0 [V]		U DS = 4,0[V]		U DS = 6,0 [V]		U DS = 8,0 [V]		U DS = 10,0 [V]
UGS[V]	ID [ mA]	UGS[V]	ID [ mA]	UGS[V]	ID [ mA]	UGS[V]	ID [ mA]	UGS[V]	ID [ mA]
0,00	4,70	0,00	5,28	0,00	5,36	0,00	5,40	0,00	5,40
0,40	3,48	0,40	3,78	0,40	3,86	0,40	3,86	0,40	3,86
0,80	2,32	0,80	2,47	0,80	2,52	0,80	2,54	0,80	2,55
1,20	1,34	1,20	1,43	1,20	1,44	1,20	1,46	1,20	1,47
1,60	0,57	1,60	0,6	1,60	0,62	1,60	0,63	1,60	0,64
2,00	0,10	2,00	0,11	2,00	0,11	2,00	0,12	2,00	0,12
2,40	0,00	2,43	0,00	2,43	0,00	2,42	0,00	2,41	0,0

2. Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych tranzystora polowego pracującego jako rezystor sterowany napięciem I_D = f(U_DS), U_GS - parametr.

U GS = 0,0[V]		U GS = 0,6 [V]		U GS = 1,0 [V]		U GS = 1,5 [V]
UDS[V]	ID [ mA]	UDS[V]	ID [ mA]	UDS[V]	ID [ mA]	UDS[V]	ID [ mA]
-0,70	-3,58	-0,70	-2,47	-0,70	-1,98	-0,70	-1,44
-0,50	-2,22	-0,50	-1,70	-0,50	-1,34	-0,50	-0,96
-0,20	-0,86	-0,20	-0,65	-0,20	-0,51	-0,20	-0,34
0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
0,20	0,78	0,20	0,57	0,20	0,44	0,20	0,26
0,50	1,82	0,50	1,30	0,50	0,95	0,50	0,52
0,70	2,42	0,70	1,72	0,70	1,22	0,70	0,61

3. Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych tranzystora polowego pracującego jako rezystor sterowany napięciem w układzie z polaryzacją wstępną.

3.1. Układ pomiarowy.

3.2. Pomiar rodziny charakterystyk wyjściowych I_D = f(U_DS), U_i - parametr.

Ui[V]	UDS[V]	0,00	0,50	1,00	1,50	4,00	10,00
0,0		0,00	1,98	4,24	5,86	8,40	9,96
0,5		0,00	1,74	3,58	5,22	8,00	8,72
1,0	ID [mA]	0,00	1,55	3,24	4,74	8,12	8,72
1,5		0,00	1,35	2,62	4,02	7,92	8,60
3,0		0,00	0,74	1,44	2,18	7,14	8,68
4,4		0,00	0,12	0,37	0,75	4,14	8,44

IV. Opracowanie wyników.

1. Charakterystyki statyczne.

1.1. Rodzina charakterystyk wyjściowych.

1.2. Rodzina charakterystyk przejściowych.

2. Rodzina charakterystyk wyjściowych tranzystora pracującego jako rezystor sterowany napięciem.

3. Rodzina charakterystyk wyjściowych w układzie z polaryzacją wstępną.

4. Parametry małosygnałowe g_m i g_ds.

transkonduktancja:

punkt pracy: U_GS = 1 V, U_DS = 2 V

konduktancja wyjściowa:

punkt pracy: U_DS = 6 V, I_D = 3,52 mA, U_GS = 0,5 V

5. Zależności rezystancji od napięcia wejściowego.

5.1. Charakterystyka r_DS = f(U_GS) (bez polaryzacji wstępnej).

5.2. Charakterystyka r_DS = f(U_i) (dla układu z polaryzacją wstępną).

V. Wnioski.

Ćwiczenie pozwoliło nam zdjąć charakterystyki tranzystora polowego JFET, które do tej pory znaliśmy tylko z teorii.

Badany przez nas tranzystor ma kanał typu n. W związku z tym przyłożenie ujemnego napięcia na bramkę powoduje zatykanie kanału, aż do całkowitego zatkania przy napięciu odcięcia U_p równym ok. 2,4V dla badanego tranzystora (U_p = 2,4V dla prądu równego zero, praktycznie odcięcie jest już gdy prąd spadnie do 100μA, wtedy to napięcie jest trochę mniejsze). W tabelach pomiarowych napięcie U_GS ma wartość dodatnią dlatego, że strzałkowanie na schemacie jest od bramki do źródła w związku z tym powinno być oznaczone U_SG.

Pomiary zaczęliśmy od zdjęcia rodziny charakterystyk wyjściowych I_D = f(U_DS), U_GS - parametr. Na charakterystyce w punkcie 1.1. opracowania wyników czarna przerywana linia oddziela zakres liniowy (omowy) od zakresu nasycenia (pentodowego). Jest ona wyznaczona poprzez napięcia saturacji U_DSsat dla poszczególnych U_GS obliczona z wzoru: U_DSsat  = U_GS - U_p. Dla zakresu nasycenia U_DS  > U_GS - U_p. W tym zakresie prąd zależy tylko od napięcia bramka - źródło U_GS i określony jest równaniem
. Dla zakresu omowego prąd I_D jest w przybliżeniu liniową funkcją napięcia U_DS . W tym zakresie tranzystor może pracować jako rezystor sterowany napięciem. Co widać wyraźniej na rodzinie charakterystyk w punkcie 2 opracowania wyników zdjętej dla zakresu napięcia U_DS od -0,7 do 0,7V.

Rodzinę charakterystyk przejściowych I_D = f(U_GS), U_DS. - parametr zdjęliśmy dla zakresu parametru U_DS od 2 do 10V. W tym zakresie prąd I_DSS zmienia się zaledwie o 0,5 mA. Przeprowadzenie tych pomiarów w zakresie od 0 do 2 V, lepiej odzwierciedliło by wpływ napięcia U_DS na wartość prądu I_DSS .

Wprowadzenie polaryzacji wstępnej powoduje rozszerzenie liniowej (jednocześnie jest ona bardziej liniowa) pracy tranzystora jako rezystora sterowanego napięciem.

Na ostatnich dwóch charakterystykach przedstawione są zależności rezystancji r_DS od napięcia podanego na wejście dla układów z polaryzacją wstępną i bez polaryzacji. Gdzie r_DS zostało obliczone z wzoru
; a napięcie wejściowe jest parametrem. Mimo, że charakterystyki są wykreślone dla różnych zakresów napięcia bramka - źródło widać, że dla układu z polaryzacją wstępną rezystancja wzrasta bardziej liniowo ze wzrostem napięcia podawanego na wejście tranzystora niż w układzie bez polaryzacji.

Tranzystor posiada dwa parametry małosygnałowe: transkonduktacja i konduktancja wyjściowa. Konduktancja wyjściowa dla zakresu nasycenia jest bardzo mała praktycznie przyjmuje się, że jestrówna zero.

U_GS = 0 V

U_GS = 0,5 V

U_GS = 1,0 V

U_GS = 1,5 V

I_D [mA]

U_DS [V]

I_D [mA]

U_GS [V]

r_DS [Ω]

U_GS [V]

r_DS [Ω]

U_i [V]

I_D [mA]

U_DS [V]

U_GS

U_DS

I_D

ΔI_D

ΔU_GS

U_DS [V]

I_D [mA]

---