Ogólnie zasada działania tranzystorów polowych polega na zmianie rezystancji półprzewodnika pod wpływem pola elektrycznego. Tę oto własność wykorzystujemy do budowy dzielnika napięcia w oparciu o tranzystor JFET.

Tranzystory polowe są sterowane napięciowo (polem elektrycznym). W przypadku tranzystora JFET elektrodą sterującą jest bramka. Nośniki energii (kanał N - elektrony, kanał P - dziury) płyną od źródła (S) do drenu (D). Napięcie sterujące podłącza się do elektrod G i S (bramki i źródła), w ten sposób aby złącze PN zostało spolaryzowane zaporowo. Wtedy wraz ze wzrostem tego napięcia, warstwa zaporowa tego złącza będzie się powiększać, kosztem zmniejszania kanału. Zmniejszenie szerokości kanału powoduje zwiększenie jego rezystancji - prąd drenu będzie malał. Przy odpowiednio dużym napięciu U_GS kanał może zostać „zatkany” - wtedy prąd nie będzie mógł płynąć, a rezystancja kanału będzie sięgać rzędu M

Jednym słowem - tranzystor polowy stanowi element o zmiennej rezystancji regulowanej napięciem. Napięcie sterujące U_GS w dalszej części będzie występować jako U_S.

Dane katalogowe tranzystora BF 245

Tranzystor BF 245 jest krzemowym, epitaksjalno - planarnym złączowym tranzystorem polowym, z kanałem typu N, małej mocy wielkiej częstotliwości w obudowie typu CE-35

Najważniejsze parametry:

Napięcie stałe bramka - źródło U_GS = ±30 V

Napięcie stałe dren - źródło U_DS = ±30 V

Dopuszczalna moc P_tot = 360 mW

Prąd drenu Idss

A (2 - 6,5 mA)

B (6 - 15 mA)

C (12 - 25 mA)

Układ 1 jest najprostszą wersją dzielnika napięcia. Rezystor R1 posiada stałą rezystancję, natomiast sygnał zbierany jest z tranzystora, którego rezystancję drenu możemy regulować napięciem U_S.

Układ 2 jest nieco bardziej rozbudowany. Zastosowano dwa dodatkowe rezystory : R₂ oraz R₃, wprowadzające w układzie ujemne sprzężenie zwrotne. Główną rolę pełni tutaj rezystor włączony pomiędzy dren a bramkę - R_3. Przenosi on część sygnału z wyjścia na bramkę, powodując podniesienie jej potencjału (zmniejszenie ujemnego potencjału bramki <-> zbliżenie jej w stronę zera).

Wnioski :

Tabela 1

Zgodnie z oczekiwaniami wraz ze wzrostem napięcia U_S następuje coraz większa polaryzacja złącza bramka - kanał, rozrost warstwy zubożonej. Kanał się zwęża, co powoduje wzrost jego rezystancji. Ponieważ napięcie wyjściowe zależy od wartości od wartości rezystora, z którego je „zbieramy”, zatem napięcie wyjściowe również wzrasta.

Niestety rezystancja drenu oraz napięcie na wyjściu dzielnika nie wzrastają liniowo (tranzystor nie był, nie jest i nigdy nie będzie elementem liniowym). Charakterystyki przypominają raczej kształtem charakterystykę diody, a nie rezystora. Ale tutaj trzeba zwrócić na jedno uwagę - że własności i charakterystyki układu 2 są o niebo lepsze od pierwszego. Najlepiej widać to na ch - ce U_WY = f (U_S). Wprowadzenie ujemnego sprzężenia zwrotnego bardziej „spłaszczyło”, można rzec zlinearyzowało jej kształt (jak by się nieco uprzeć, to można by ją porównać do linii prostej). Oczywiście życie jest brutalne i nie ma nic za darmo. Poprawienie własności układu okupiono zmniejszeniem amplitudy napięcia wyjściowego. Rezystancja R_d oraz U_WY zmienia się w mniejszych granicach. Np. w układzie pierwszym dla U_S = 5 V, rezystancja drenu przekroczyła 1 M a napięcie wyjściowe było prawie równe wejściowemu, podczas gdy w układzie drugim nawet przy U_S = 12 V rezystancja drenu wynosiła 2,5 k a napięcie wyjściowe niecałe 5 V.

Tabela 2

Wraz ze wzrostem napięcia wejściowego napięcie wyjściowe rośnie prawie idealnie liniowo. Nasz dzielnik nie odbiegał zasadniczo od dzielnika rezystancyjnego. Widać, że w pracy statycznej (początkowe ustawienie podziału rezystancji za pomocą U_S, czyli U_S = const w trakcie pracy) tranzystor radzi sobie bardzo dobrze. Tyle, że do takiej pracy wystarczyłby sam potencjometr - po to przecież stosujemy tranzystor, aby móc zmieniać podział dzielnika napięciowo, bez kręcenia gałkami.

Im większa wartość rezystora R₁ tym napięcie wyjściowe jest mniejsze, nachylenie charakterystyki również. Jest to oczywista zależność, wynikająca chociażby ze wzoru na napięcie wyjściowe dzielnika.

Tabela 3

Znów potwierdza się oczywista prawda, że napięcie wyjściowe zależy od wartości podziału rezystancji dzielnika. Im pomiary występowały przy większym U_S, tym większe wartości przyjmowało R_d. A im większy rezystor, z którego „zbieramy” napięcie, tym napięcie wyjściowe jest większe, nachylenie charakterystyki również. W tym jednak przypadku zauważamy coś jeszcze - że nie należy przesadzać ze zbyt dużym napięciem sterującym (zwłaszcza w układzie 1). Większe napięcie sterujące oznacza większe napięcia wyjściowe układu. Napięcie wyjściowe układu stanowi napięcie U_DS tranzystora. Tranzystor polowy posiada przecież tą własność, że przy stałym napięciu na bramce, zwiększanie napięcia U_DS o większe wartości powoduje niezależny od napięcia U_GS dodatkowy rozrost warstwy zubożonej, czyli mówiąc trywialnie - dodatkowe „omy” w kanale. Zwiększenie rezystancji kanału powoduje dodatkowy wzrost napięcia wyjściowego - stąd zwłaszcza w układzie 1 (bo w układzie drugim USZ prawie eliminuje ten problem) charakterystyka „wygina się i podnosi”, odbiegając od linii prostej.

Podsumowując : dzielnik z tranzystorem FET posiada podobne własności jak rezystancyjny. Różnice wynikają z nieliniowości półprzewodników i własności tranzystora. Nieliniowości można jednak w wystarczającym stopniu wyeliminować, stosując np. ujemne sprzężenie zwrotne oraz umiejętnie zasilając tranzystor. Tak zbudowany dzielni ma podstawową zaletę nad rezystancyjnym - pozwala na płynną regulację napięcia wyjściowego bez ingerencji i kręcenia czymkolwiek - po prostu sterowanie napięciowe. Stąd niekiedy np. tranzystory polowe występują np. w pętli sprzężenia zwrotnego wzmacniaczy operacyjnych, co umożliwia np. napięciowe sterowanie wzmocnienia. Dużą pokusą może być zbudowanie dzielnika sterowanego cyfrowo, zbudowanego w oparciu choćby o taki dzielnik oraz przetwornik c/a.

Spis przyrządów :

• Model zastosowań tranzystorów

• Opornica dekadowa

• Zasilacz stabilizowany

• Mierniki cyfrowe YF-3503

Tranzystor polowy złączowy z kanałem typu N

---