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. |
Tomasz Matczak Waldemar Łuczak Przemysław Płoszyński |
|||
|
Nr grupy: O5 |
Semestr: IV |
||
Data wykon. cw. 98.04.08 |
Data oddania spr. 98.04.22 |
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
Schemat pomiarowy
2.2. Pomiar rodziny charakterystyk wyjściowych ID=f(UDS), UGS - 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 |
Pomiar rodziny charakterystyk przejściowych ID=f(UGS), UDS - 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 rodziny charakterystyk wyjściowych ID=f(UDS), UGS - parametr dla małych wartości UDS
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 wyjściowych ID=f(UDS), Uwe - 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 UDS =const
UDS =5V
UGS =-0,75V UGS' =-1V
ID=2,333mA ID=1,636mA
gm=2,79mS
konduktancja wyjściowa UGS =const
UGS =-1V
UDS =5V UDS' =4V
ID=1,639mA ID=1,620mA
gDS=0,019mS
4.2. Obliczenia rDS i r dla pracy tranzystora polowego jako rezystor sterowany napięciem.
UGS =const
UDS=0,5V UDS'=0,4V
UGS |
V |
-0,25 |
-0,5 |
-1 |
-1,5 |
-2 |
rDS |
Ω |
380 |
446 |
735 |
2273 |
50000 |
UWE =const
UDS=1V UDS'=0,5V
UWE |
V |
-0,5 |
-1 |
-2 |
-4 |
r |
Ω |
325 |
373 |
1004 |
1724 |
Wnioski
Działanie tranzystora polowego złączowego J-FET najlepiej opisują dwie charakterystyki: przejściowa ID=f(UGS), UDS=const oraz wyjściowa ID=f(UDS), UGS=const. Przekrój kanału tranzystora jest największy dla zerowych wartości napięć UDS, UGS. W miarę jak wzrasta ujemna wartość napięcia UGS i dodatnia wartość napięcia UDS, warstwy zaporowe (zubożone) złącz p-n bramka-kanał rozszerzają się, powodując zmniejszenie przekroju kanału.
Przy charakterystyce przejściowej ID=f(UGS) maksymalny prąd płynie przy UGS=0V.
Prąd ten jest oznaczany jako IDSS. Zwiększanie ujemnej wartości napięcia UGS powoduje zmniejszenie przekroju kanału, zwiększenie rezystancji i zmniejszanie się wartości płynącego prądu ID aż do zera (zetknięcie obu warstw zaporowych - odcięcie kanału). Rezystancja dla stanu odcięcia jest bardzo duża. Wartość napięcia UGS, przy której następuje zanik prądu ID nazywa się napięciem odcięcia. Dla badanego tranzystora wartość ta wynosiła około 2,5V. Wzrost wartości dodatniej parametru rodziny charakterystyk przejściowych, jakim jest napięcie UDS, powodowało wzrost wartości prądu wyjściowego ID.
Przy charakterystyce wyjściowej ID=f(UDS) przy bardzo małych wartościach UDS tranzystor zachowuje się jak rezystor liniowy, czyli przyrosty prądu ID są niemal wprost proporcjonalne do przyrostów napięcia UDS. 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 UDS z zakresu -0,5V÷0,5V. Otrzymane charakterystyki prądowo-napięciowe mają niemal liniowy przebieg. Obliczenia potwierdziły fakt, że wzrost napięcia parametrycznego UGS powoduje zwiększenie rezystancji wyjściowej. Taki stan pracy tranzystora jest określany jako nienasycenia, liniowy lub triodowy. W miarę wzrostu prądu drenu (wskutek wzrostu UDS) 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 UDS praktycznie nie powoduje wzrostu prądu ID. Ten stan pracy jest nazywany stanem nasycenia lub pentodowym. Napięcie zapoczątkowujące ten stan jest nazywane napięciem nasycenia i jest oznaczane jako UDSsat, a odpowiadający mu prąd jako IDsat. Wartości te zmniejszają się w miarę zwiększania ujemnej wartości UGS. 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 UGS powodował wzrost rezystancji wyjściowej rDS, tak w tym przypadku wzrost napięcia UWE 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.
.