Shpilman data laboratorium: 29.05.2006

Sc0rpi0

1FD, L10

POLITECHNIKA RZESZOWSKA

im. Ignacego Łukasiewicza

Wydział Elektrotechniki i Informatyki

SPRAWOZDANIE Z ELEKTRONIKI

Laboratorium nr 5

Tranzystory unipolarne

Rzeszów 2006

Celem ćwiczenia było wykonanie pomiarów i wyznaczenie charakterystyk przejściowych, wyjściowych oraz wyjściowych (dla przeciwnej polaryzacji) dla tranzystora unipolarnego (JFET lub MOSFET).

Podczas pomiarów korzystaliśmy z następującego układu pomiarowego:

Tranzystor, który poddawaliśmy pomiarom, był to tranzystor JFET z kanałem typu n.

Przed przystąpieniem do pomiarów odczytaliśmy z tranzystora jego dokładny typ katalogowy: B 245

Na początku wyznaczyliśmy prąd nasycenia
naszego tranzystora - jest to prąd
przy napięciu
, który pozostaje niezmienny przy zmianach napięcia
.

W przypadku naszego tranzystora unipolarnego prąd nasycenia wyniósł 3,85 mA, ustabilizował się przy wartości napięcia
wynoszącej ok. 6 V.

1. Charakterystyki tranzystora JFET

a) Charakterystyki przejściowe (dla stałego
):

Dla Uds=2 V
Ugs [V]	Id [mA]
0,101	3,37
0,316	2,69
0,404	2,43
0,507	2,13
0,6	1,88
0,704	1,61
0,914	1,12
1,023	0,89
1,28	0,45
1,471	0,21
1,677	0,05
2,092	0

Dla Uds=4 V
Ugs [V]	Id [mA]
0,185	3,26
0,323	2,79
0,448	2,39
0,595	1,95
0,779	1,47
0,942	1,09
1,06	0,84
1,2	0,59
1,444	0,25
1,633	0,08
1,944	0

Dla Uds=6 V
Ugs [V]	Id [mA]
0,129	3,49
0,271	2,99
0,399	2,57
0,576	2,03
0,727	1,62
0,952	1,08
1,079	0,82
1,214	0,57
1,348	0,37
1,581	0,12
1,712	0,04
2,35	0,01

b) Charakterystyki wyjściowe (dla stałego
):

Dla Ugs=- 0,5 V
Uds [V]	Id [mA]
0,045	0,13
0,387	0,94
0,428	1,02
0,534	1,21
0,607	1,33
0,751	1,53
0,998	1,79
1,35	2
1,913	2,13
2,255	2,16
2,851	2,2
3,412	2,21
3,565	2,22
3,807	2,23

Dla Ugs=- 1 V
Uds [V]	Id [mA]
0,06	0,11
0,19	0,31
0,492	0,63
0,703	0,76
1,019	0,84
1,185	0,88
1,38	0,9
1,51	0,91
1,76	0,92
2,012	0,93
2,52	0,94
3	0,95

Dla Ugs=- 1,5 V
Uds [V]	Id [mA]
0,119	0,08
0,16	0,1
0,221	0,12
0,267	0,13
0,355	0,14
0,464	0,15
0,545	0,16
0,671	0,16
0,748	0,16
1,08	0,17

c) Charakterystyki wyjściowe dla przeciwnej polaryzacji napięcia
:

Dla Ugs=0,5 V
Uds [V]	Id [mA]
0,088	0,24
0,187	0,55
0,265	0,81
0,36	1,13
0,427	1,37
0,591	2,01
0,827	3,03
1,058	4,16
1,22	5,46
1,33	11,51

d) Charakterystyki na wspólnym wykresie:

e) Obliczamy parametry
oraz
tranzystora.

W tym celu dla każdej z trzech wartości parametru
z charakterystyki przejściowej wybieram po dwie wartości napięcia
i odpowiadające im wartości prądu
.

Wartość
odczytana w czasie pomiarów to 3,85 mA

UGS [V]	ID [mA]	Obliczone UP [V]	Obliczone IDSS [mA]
Dla UDS =2 V
0,404	2,43	2,0194	3,7974
0,507	2,13
Dla UDS =4 V
0,323	2,79	2,0018	3,9668
0,448	2,39
Dla UDS =6 V
0,271	2,99	2,0271	3,9841
0,399	2,57

Po wykonaniu pomiarów oraz obliczeń łatwo zauważyć, że wartości
odczytane podczas pomiarów oraz obliczone są do siebie bardzo zbliżone. Niewielkie różnice mogą wynikać z niedoskonałości przyrządów mierniczych oraz stosowaniu przybliżeń podczas sczytywania wartości z mierników.

2. Wykonanie obliczeń potrzebnych do narysowania charakterystyki teoretycznej.

Wykorzystując obliczone wcześniej parametry
oraz
obliczymy wartości
dla poszczególnych wartości napięcia
.

Skorzystamy przy tym ze wzoru:

Wyniki obliczeń zamieszczamy w tabelce

Dla UDS = 2 V		Dla UDS = 4 V		Dla UDS = 6 V
UP = 2,0194 V		UP = 2,0018 V		UP = 2,0271 V
IDSS = 3,7974 mA		IDSS = 3,9668 mA		IDSS = 3,9841 mA
UGS [V]	ID [mA]	UGS [V]	ID [mA]	UGS [V]	ID [mA]
0,101	3,427	0,185	3,267	0,129	3,493
0,316	2,702	0,323	2,790	0,271	2,990
0,404	2,430	0,448	2,390	0,399	2,570
0,507	2,130	0,595	1,959	0,576	2,042
0,6	1,876	0,779	1,480	0,727	1,639
0,704	1,611	0,942	1,112	0,952	1,121
0,914	1,138	1,06	0,878	1,079	0,872
1,023	0,925	1,2	0,636	1,214	0,641
1,28	0,509	1,444	0,308	1,348	0,447
1,471	0,280	1,633	0,135	1,581	0,193
1,677	0,109	1,944	0,003	1,712	0,096
2,092	0,005	0,185	3,267	2,35	0,101

Porównanie charakterystyk: rzeczywistej oraz teoretycznej dla wszystkich trzech przypadków:

3. Obliczenie kondunktancji wyjściowej g_DS w funkcji napięcia wyjściowego
.

Do jej obliczenia wykorzystamy następujący wzór:

Wyniki zamieszczamy w tabelce:

Dla Ugs= -1 V
UDS [V]	ID [mA]	gDS [S]
0,06	0,11
0,19	0,31	1,5385
0,492	0,63	1,0596
0,703	0,76	0,6161
1,019	0,84	0,2532
1,185	0,88	0,2410
1,38	0,9	0,1026
1,51	0,91	0,0769
1,76	0,92	0,0400
2,012	0,93	0,0397
2,52	0,94	0,0197
3	0,95	0,0208

4. Wnioski i spostrzeżenia

• Tranzystor polowy, który został przez nas poddany pomiarom to tranzystor FET z kanałem typu n o numerze katalogowym B 245

• W czasie pomiarów korzystaliśmy z jednego z trzech układów pracy tranzystora, był to układ pracy o wspólnym źródle (OS). Pozostałe układy pracy to układ o wspólnym drenie (OD) i o wspólnej bramce (OG)

• Wartości prądu nasycenia
  uzyskana podczas pomiarów (3,85 mA) oraz uzyskana z obliczeń matematycznych (3,8; 3,97; 3,98 mA) są bardzo zbliżone a ich niewielka różnica może być spowodowana niedokładnością przyrządów pomiarowych, stosowaniem zaokrągleń przy obliczeniach oraz niewielkimi błędami odczytu

• Wykres charakterystyki przejściowej tranzystora jest parabolą, w której, dla co raz większych wartości napięcia U_GS wartość prądu I_D dąży do wartości zerowej (co widać na wykresach)

• Wykres charakterystyki wyjściowej jest również parabolą, w której, dla co raz większych wartości napięcia U_DS prąd I_D stabilizuje się (utrzymuje na stałej wartości) w pewnym miejscu. Punkty, w których prąd zaczyna utrzymywać się przy stałej wartości nazywamy punktami nasycenia. Dla U_GS= -0,5 V było to przy wartości prądu ok. 2,22 mA, dla U_GS= -1 V było to przy ok. 0,94 mA a dla U_GS= -1,5 V było to przy ok. 0,16 mA

• Wykres charakterystyki teoretycznej prawie idealnie pokrywa się z wykresem charakterystyki rzeczywistej (wykonanej przez nas). Świadczy to o poprawności wykonanych przez nas pomiarów

• Wykres kondunktancji jest zbliżony do poprawnego, w rzeczywistości powinien być wykresem liniowym

• Głównymi zaletami tranzystorów polowych są: duża rezystancja wejściowa, odporność na promieniowanie oraz małe szumy w porównaniu z tranzystorami bipolarnymi, a dzięki swoim niewielkim wymiarom znajdują one coraz częstsze zastosowanie w układach analogowych i cyfrowych

• Do sprawozdania dołączamy protokół pomiarowy

---