AKADEMIA TECHNICZNO-ROLNICZA w BYDGOSZCZY INSTYTUT TELEKOMUNIKACJI I ELEKTROTECHNIKI
ZAKŁAD PODSTAW ELEKTRONIKI
LABORATORIUM ELEMENTÓW I UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH			Imię i nazwisko:
Nr ćw. 2 Temat: Tranzystor polowy J-FET.			Aleksandra Oller Marcin Paczkowski
			Nr grupy: O2	Semestr: IV
Data wykon. cw. 12.04.00	Data oddania spr. 19.04.00	Ocena:	INSTYTUT ELEKTRONIKI I TELEKOMUNIKACJI

1. Cel ćwiczenia:

Wyznaczanie wybranych charakterystyk statycznych i parametrów tranzystora polowego J-FET oraz zapoznanie się z jego właściwościami jako rezystora sterowanego napięciem.

2. Pomiar charakterystyk statycznych tranzystora polowego:

1. Schemat pomiarowy

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

Uds	0	0,5	1	1,5	2	2,5	3	4	5	6	7	8	9	10
Ugs=-0,25V	0	1,432	2,471	3,185	3,562	3,749	3,841	3,945	3,973	3,993	4,005	4,010	4,014	4,014
Ugs=-0,5V	0	1,223	2,073	2,591	2,833	2,947	3,008	3,072	3,105	3,126	3,136	3,145	3,149	3,153
Ugs=-1V	0	0,837	1,286	1,459	1,529	1,567	1,590	1,620	1,639	1,653	1,664	1,671	1,678	1,684
Ugs=-1,5V	0	0,395	0,496	0,526	0,541	0,552	0,559	0,571	0,579	0,586	0,591	0,596	0,600	0,604
Ugs=-2V	0	0,033	0,037	0,039	0,041	0,042	0,043	0,044	0,045	0,046	0,047	0,047	0,048	0,049

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

Ugs	0	0,25	0,5	0,75	1	1,25	1,5	1,75	2	2,25	2,5
Uds=2,5V	4,531	3,753	2,962	2,231	1,562	1,013	0,549	0,216	0,043	0,002	0
Uds=5V	4,865	3,993	3,115	2,333	1,636	1,063	0,579	0,233	0,048	0,002	0
Uds=7,5V	4,921	4,031	3,149	2,367	1,668	1,074	0,593	0,239	0,050	0,002	0
Uds=10V	4,945	4,033	3,183	2,393	1,702	1,096	0,603	0,243	0,052	0,003	0

2.4.Pomiar tranzystora polowego J-FET jako rezystora sterowanego napięciem I_D=f(U_DS), U_GS - parametr dla małych wartości U_DS

Uds	0,5	0,4	0,3	0,2	0,1	0	-0,1	-0,2	-0,3	-0,4	-0,5
Ugs=-0,25V	1,416	1,153	0,888	0,604	0,309	0	-0,325	-0,655	-1,007	-1,368	-1,734
Ugs=-0,5V	1,226	1,002	0,776	0,532	0,268	0	-0,282	-0,581	-0,893	-1,211	-1,543
Ugs=-1V	0,838	0,702	0,552	0,378	0,198	0	-0,213	-0,44	-0,681	-0,931	-1,193
Ugs=-1,5V	0,393	0,349	0,286	0,209	0,112	0	-0,132	-0,278	-0,442	-0,62	-0,808
Ugs=-2V	0,035	0,033	0,03	0,026	0,016	0	-0,033	-0,086	-0,164	-0,256	-0,382

3. Pomiar charakterystyk statycznych tranzystora polowego w układzie z polaryzacją wstępną

3.1. Schemat pomiarowy

3.2. Pomiar rodziny charakterystyk charakterystyk statycznych w układzie z polaryzacją wstępną I_D=f(U_DS), U_we - parametr:

Uds	0	0,5	1	1,5	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Uwe=-0,5V	0	1,577	3,116	4,615	6,02	7,354	7,845	8,055	8,180	8,235	8,286	8,313	8,305
Uwe=-1V	0	1,382	2,772	4,007	5,259	7,060	7,603	7,832	7,960	8,052	8,104	8,164	8,228
Uwe=-2V	0	0,461	0,959	1,534	2,179	3,723	5,53	7,472	7,853	7,994	8,08	8,115	8,137
Uwe=-4V	0	0,171	0,461	0,875	1,388	2,670	4,233	6,053	7,458	7,704	7,828	7,917	8,016

4. Obliczenia

4.1. Wyznaczenie parametrów małosygnałowych

transkonduktancja U_DS =const

U_DS =5V

U_GS =-0,75V U_GS' =-1V

I_D=2,333mA I_D=1,636mA

g_m=2,79mS

konduktancja wyjściowa U_GS =const

U_GS =-1V

U_DS =5V U_DS' =4V

I_D=1,639mA I_D=1,620mA

g_DS=0,019mS

4.2. Obliczenia r_DS i r dla pracy tranzystora polowego jako rezystor sterowany napięciem.

U_GS =const

U_DS=0,5V U_DS'=0,4V

UGS	V	-0,25	-0,5	-1	-1,5	-2
RDS	Ω	380	446	735	2273	50000

U_WE =const

U_DS=1V U_DS'=0,5V

UWE	V	-0,5	-1	-2	-4
R	Ω	325	373	1004	1724

5. Wnioski

Działanie tranzystora polowego złączowego J-FET najlepiej opisują dwie charakterystyki: przejściowa I_D=f(U_GS), U_DS=const oraz wyjściowa I_D=f(U_DS), U_GS=const. Przekrój kanału tranzystora jest największy dla zerowych wartości napięć U_DS, U_GS. W miarę jak wzrasta ujemna wartość napięcia U_GS i dodatnia wartość napięcia U_DS, warstwy zaporowe (zubożone) złącz p-n bramka-kanał rozszerzają się, powodując zmniejszenie przekroju kanału.

Przy charakterystyce przejściowej I_D=f(U_GS) maksymalny prąd płynie przy U_GS=0V.

Prąd ten jest oznaczany jako I_DSS. Zwiększanie ujemnej wartości napięcia U_GS powoduje zmniejszenie przekroju kanału, zwiększenie rezystancji i zmniejszanie się wartości płynącego prądu I_D aż do zera (zetknięcie obu warstw zaporowych - odcięcie kanału). Rezystancja dla stanu odcięcia jest bardzo duża. Wartość napięcia U_GS, przy której następuje zanik prądu I_D nazywa się napięciem odcięcia. Dla badanego tranzystora wartość ta wynosiła około 2,5V. Wzrost wartości dodatniej parametru rodziny charakterystyk przejściowych, jakim jest napięcie U_DS, powodowało wzrost wartości prądu wyjściowego I_D.

Przy charakterystyce wyjściowej I_D=f(U_DS) przy bardzo małych wartościach U_DS tranzystor zachowuje się jak rezystor liniowy, czyli przyrosty prądu I_D są niemal wprost proporcjonalne do przyrostów napięcia U_DS. Właściwość ta występuje dla dodatnich , jak i ujemnych wartości napięcia Uds , tak długo jak długo to napięcie jest dostatecznie małe , aby zmiana potencjału w kanale mogła być pomijalnie mała. Potwierdziły ten fakt przeprowadzone pomiary dla U_DS z zakresu -0,5V÷0,5V. Otrzymane charakterystyki prądowo-napięciowe mają niemal liniowy przebieg. Obliczenia potwierdziły fakt, że wzrost napięcia parametrycznego U_GS powoduje zwiększenie rezystancji wyjściowej. Taki stan pracy tranzystora jest określany jako nienasycenia, liniowy lub triodowy. W miarę wzrostu prądu drenu (wskutek wzrostu U_DS) zwiększa się spadek napięcia na rezystancji kanału. To napięcie polaryzuje zaporowo złącze bramka-kanał, maleje efektywny przekrój kanału szczególnie przy drenie. Zwiększa się rezystancja kanału i przyrosty prądu stają się coraz mniejsze. Gdy obie warstwy się zetkną, nawet znaczny wzrost U_DS praktycznie nie powoduje wzrostu prądu I_D. Ten stan pracy jest nazywany stanem nasycenia lub pentodowym. Napięcie zapoczątkowujące ten stan jest nazywane napięciem nasycenia i jest oznaczane jako U_DSsat, a odpowiadający mu prąd jako I_Dsat. Wartości te zmniejszają się w miarę zwiększania ujemnej wartości U_GS. Obszar ten jest wykorzystywany przy zastosowaniu tranzystora jako wzmacniacz małosygnałowy. Sposób wykorzystania tego tranzystora wymusza wybór odpowiedniego punktu pracy.

W układzie ze wstępną polaryzacją dołączenie rezystorów do bramki i między dren, a bramkę spowodowało, że zwiększył się kilkakrotnie zakres pracy tranzystora jako rezystora sterowanego napięciem. Podobnie jak uprzednio wzrost napięcia U_GS powodował wzrost rezystancji wyjściowej r_DS, tak w tym przypadku wzrost napięcia U_WE powoduje także wzrost rezystancji wyjściowej r. Rezystancje te osiągają w tym przypadku mniejsze wartości (wpływ sprzężenia), niż w układzie bez polaryzacji.

Wynikłe w czasie pomiarów i w obliczeniach niedokładności mogły być spowodowane niestałością parametrów dla rodzin charakterystyk, gdyż wartość tego parametru była kontrolowana na początku pomiarów (brak drugiego woltomierza). Niekorzystnie wpływać mogły również przyrządy pomiarowe, które w rzeczywistości mogły pobierać jakiś prąd z obwodu kontrolowanego. Następnym czynnikiem mógł być fakt niemożności dokładnego ustawienia wartości napięcia (np. 5,000V), wskutek czego rzeczywiste napięcie różniło się o kilka (kilkanaście) mV.

---