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.			Krzysztof Kolczyk Przemysław Klonowski Filip Kryspin
			Nr grupy: J4	Semestr: IV
Data wykon. cw. 2000-03-22	Data oddania spr. 2000-03-29	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	0,5	1	1,5	2	2,5	3	4	5	6	7	8	9	10
Ugs= 0,0V	2,72	5,10	7,10	8,80	10,2	11,0	12,2	14,6	14,8	14,8	14,8	14,8	14,8
Ugs= -1,5V	1,88	3,52	4,72	5,68	6,48	6,80	7,28	7,50	7,52	7,52	7,52	7,52	7,52
Ugs= -2,5V	1,40	2,50	3,26	3,78	4,08	4,24	4,42	4,52	4,58	4,60	4,62	4,62	4,64
Ugs= -3,5V	0,86	1,40	1,72	1,86	1,96	2,00	2,08	2,10	2,12	2,14	2,18	2,18	2,20
Ugs= -6V	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00

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

Ugs	0,0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0
Uds= 0,0V	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
Uds= 2,5V	10,0	8,86	7,42	6,30	5,18	4,06	2,96	1,92	1,02	0,36	0,00	0,00	0,00
Uds=10V	12,6	10,8	9,00	7,42	5,98	4,52	3,38	2,16	1,16	0,42	0,00	0,00	0,00

2.4.Pomiar rodziny charakterystyk wyjściowych I_D=f(U_DS), U_GS - parametr dla małych wartości U_DS

Uds	-0,6	-0,4	-0,2	0,0	0,2		0,4			0,6
Ugs= 0,0V	-3,06	-2,42	-1,20	0,00	1,12		2,22			3,22
Ugs= -3,0V	-1,66	-1,06	-0,50	0,00	0,50		0,92			1,32
Ugs= -6,0V	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00		0,00			0,00

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

3.1. Schemat pomiarowy

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

Uds	-0,7	-0,5	-0,3	-0,1	0,0	0,1	0,3	0,5		0,7
Uwe= -0,0V	-4,00	-2,84	-1,72	-0,56	0,00	0,60	1,72	2,90		4,00
Uwe= -3,0V	-2,10	-1,48	-0,90	-0,30	0,00	0,42	1,20	2,06		2,80
Uwe= -6,0V	-1,68	-1,28	-0,72	-0,20	0,00	0,32	0,80	1,26		1,72
Uwe= -9,0V	-0,52	-0,32	-0,18	-0,02	0,00	0,10	0,18	0,32		0,48

4. Obliczenia

4.1. Wyznaczenie parametrów małosygnałowych

transkonduktancja U_DS =const

U_DS =2,5V

U_GS =-1,0V U_GS' =-2,0V

I_D=7,42mA I_D=5,18mA g_m=2,24mS

konduktancja wyjściowa U_GS =const

U_GS =-3,5V

U_DS =3,0V U_DS' =4,0V

I_D=2,00mA I_D=2,08mA

g_DS=0,08mS

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

U_GS =const

U_DS=0,2V U_DS'=0,4V

Ugs	V	0,0	-3,0	-6,0
rDS	Ω	180	470	∞

U_WE =const

U_DS=0,3V U_DS'=0,5V

UWE	V	0,0	-3,0	-6,0	-9,0
r	Ω	170	230	430	1430

5. Wnioski

W trakcie przeprowadzanego ćwiczenia zdejmowaliśmy charakterystyki tranzystora polowego J-FET . Na charakterystyce wyjściowej zauważamy silna zależność prądu drenu od wartości napięcia Ugs , co związane jest z zawężaniem kanału i wchodzeniem tranzystora w stan nasycenia przy znacznie mniejszym Id . Na charakterystyce przejściowej natomiast obserwujemy nieliniowy spadek prądu drenu wraz ze wzrostem ujemnego napięcia polaryzacji bramki Ugs. . Spadek wartości Id związany jest ze zmniejszeniem przekroju kanału ( wzrostem jego rezystancji ) . Kanał przestaje całkowicie przewodzić dla wartości napięcia Ugs = -5,0 V i prąd Id maleje do zera .

Tranzystor polowy J-FET może pracować spełniając dwie różne funkcje: jako wzmacniacz małosygnałowy lub jako rezystor o sterowanej napięciem rezystancji. Sposób wykorzystania tego tranzystora wymusza wybór odpowiedniego punktu pracy.

Aby tranzystor mógł pracować jako wzmacniacz jego punkt pracy musi się znajdować w zakresie nasycenia. Wtedy to tranzystor pracuje jak źródło prądu sterowane napięciem, prąd drenu I_D można wyliczyć ze wzoru: . Gdzie I_DSS jest to prąd nasycenia tranzystora przy U_GS=0V , a U_P jest to napięcie saturacji także przy zerowej polaryzacji bramki.

Chcąc wykorzystać tranzystor J-FET w roli rezystora sterowanego napięciem należy wykorzystać jego zakres omowy. Badaliśmy właściwości tranzystora dla małych wartości napięcia Uds przy Ugs = const . Po zdjęciu rodziny charakterystyk okazuje się , że są one w zasadzie liniowe . Tranzystor zachowuje się jak liniowa konduktancja sterowana napięciem Ugs . 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 .

W tym zakresie pracy tranzystory mogą być stosowane w sterowanych napięciem tłumikach lub jako elementy regulowanych przesuwników fazowych Nakłada to pewne ograniczenia napięciowe w układzie wykorzystującym tranzystor w roli rezystora, napięcie nie może wyjść poza przedział (-0,7;0,7)V.

W kolejnym punkcie ćwiczenia sprawdzaliśmy wpływ dodatniego sprzężenia zwrotnego na liniową pracę tranzystora . Okazuje się , że po dołączeniu rezystorów do bramki i między dren , a bramkę zakres pracy tranzystora jako rezystora sterowanego napięciem dla niewielkich Uds , zwiększa się kilkakrotnie . Ponadto charakterystyka tranzystora jest bardziej liniowa niż w przypadku braku elementów zewnętrznych . Sprawdziliśmy także zależność rezystancji kanału od napięcia Ugs .

Z wykreślonych charakterystyk wynika , że rezystancja kanału rośnie ze wzrostem napięcia Ugs , co spowodowane jest zmniejszeniem przekroju kanału na skutek wnikania warstwy zaporowej . Wprowadzone sprzężenie zwrotne ma również wpływ na wartość rezystancji kanału powodując jej wyrażne zmniejszenie . Zdjęcie charakterystyki tranzystora polowego ze wstępną polaryzacją może być obarczone błędami wynikającymi z faktu iż w czasie pomiarów prąd zmieniał się(wahania prądu).

1

---