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 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

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 rodziny charakterystyk wyjściowych 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 wyjściowych 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

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 = -2,45 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 dla napięcia Ugs = -2,45 V . 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).

.

---