POLITECHNIKA RZESZOWSKA Katedra Podstaw Elektroniki
Podstawy Elektroniki-laboratorium IIED
TRANZYSTOR POLOWY
Damian Bętkowski 2EDL01B
Data: 22.03.2007
1. Tranzystor JFET 2N3820
W przeciwieństwie do tranzystorów bipolarnych, których działanie zależy od dwóch rodzajów nośników ładunku (dziur i elektronów), w tranzystorze unipolarnym (polowym) o przepływie prądu decyduje jeden rodzaj nośników (dziury lub elektrony). Kanał tranzystora unipolarnego stanowi ścieżkę przewodzącą prąd od źródła do drenu, której rezystancja jest regulowana za pomocą wnikającego pola elektrycznego (stąd nazwa - tranzystory polowe). Pole elektryczne spolaryzowane zaporowo złącze p-n, bramka-kanał (tranzystory polowe złączowe JFET).
stosowany układ polaryzacji tranzystora z kanałem typu p:
wyznaczenie charakterystyk przejściowych:
W złączowym tranzystorze unipolarnym natężenie prądu drenu ID w zakresie nasycenia można opisać zależnością:
gdzie:
IDSS - prąd w zakresie nasycenia dla UGS=0,
Up - napięcie odcięcia kanału, napięcie polaryzacji UGS, przy którym obszary ładunku przestrzennego złącza zamykają kanał, ID=0
Teoretyczny wykres charakterystyki przejściowej w układzie kartezjańskim powinien być funkcją liniową 
gdzie:
W celu wyznaczenia współczynników równania liniowego a i b posługujemy się dostępną w znanym programie EXEL funkcją REGLINP. Znając te parametry możemy za pomocą powyższych wzorów obliczyć wartości Up i Idss badanego tranzystora.
tabele pomiarowe i wyliczenia prądów Idss oraz napięć Up metodą regresji liniowej:
teorytycznie |
|||
UDS=3V |
ID[mA] |
UGS[V] |
y=ax+b=-1,43*Ugs+6,3656 |
6,78 |
0 |
6,37 |
|
5,88 |
0,5 |
5,65 |
|
5,24 |
0,85 |
5,15 |
|
4,98 |
1 |
4,93 |
|
4,1 |
1,5 |
4,22 |
|
3,22 |
2 |
3,50 |
|
2,42 |
2,51 |
2,77 |
|
1,64 |
3 |
2,07 |
|
0,98 |
3,5 |
1,35 |
|
0,4 |
4 |
0,64 |
|
0,1 |
4,5 |
-0,08 |
|
0,02 |
5 |
-0,80 |
teorytycznie |
|||
UDS=6V |
ID[mA] |
UGS[V] |
y=ax+b=-1,674*Ugs+7,56 |
7,38 |
0,5 |
6,72 |
|
6,12 |
1 |
5,89 |
|
5 |
1,5 |
5,05 |
|
3,9 |
2 |
4,21 |
|
2,92 |
2,5 |
3,38 |
|
2,06 |
3 |
2,54 |
|
1,3 |
3,5 |
1,70 |
|
0,64 |
4 |
0,86 |
|
0,22 |
4,5 |
0,03 |
|
0 |
5 |
-0,81 |
teorytycznie |
|||
UDS=9V |
ID[mA] |
UGS[V] |
y=ax+b=-1,776*Ugs+8,19 |
7,9 |
0,5 |
7,31 |
|
6,98 |
0,85 |
6,69 |
|
6,58 |
1 |
6,42 |
|
5,42 |
1,5 |
5,54 |
|
4,32 |
2 |
4,65 |
|
3,28 |
2,5 |
3,76 |
|
2,28 |
3 |
2,87 |
|
1,54 |
3,5 |
1,98 |
|
0,84 |
4 |
1,10 |
|
0,32 |
4,5 |
0,21 |
|
0,18 |
4,7 |
-0,15 |
|
0,02 |
5 |
-0,68 |
charakterystyka przejściowa tranzystora JFET:
Widzimy, że zmierzone charakterystyki przejściowe nieznacznie różnią się od rzeczywistych charakterystyk (odbiegają od linii prostej).
charakterystyki wyjściowe tranzystora JFET:
UGS=0V |
ID[mA] |
UDS[V] |
0 |
0 |
|
0,34 |
0,1 |
|
0,74 |
0,23 |
|
0,96 |
0,3 |
|
3,1 |
1 |
|
3,34 |
1,14 |
|
3,7 |
1,28 |
|
3,74 |
1,3 |
|
3,88 |
1,35 |
|
4,56 |
1,67 |
|
5,02 |
1,87 |
|
5,7 |
2,27 |
|
6,04 |
2,47 |
|
7,02 |
3,19 |
|
7,44 |
3,6 |
|
7,52 |
3,7 |
|
7,64 |
3,88 |
|
7,7 |
4 |
|
7,71 |
4,1 |
|
7,75 |
4,2 |
|
UGS=2V |
ID[mA] |
UDS[V] |
0 |
0 |
|
|
0,1 |
|
0,36 |
0,2 |
|
0,91 |
0,5 |
|
1,2 |
0,68 |
|
2 |
1,4 |
|
2,75 |
2 |
|
2,755 |
2,1 |
|
2,76 |
2,2 |
|
2,9 |
2,3 |
|
3 |
2,6 |
|
3,2 |
3 |
|
3,3 |
3,2 |
|
3,56 |
4 |
|
3,6 |
4,1 |
|
3,7 |
4,8 |
|
3,8 |
5 |
|
3,8 |
5,1 |
|
3,8 |
5,2 |
|
3,8 |
5,3 |
UGS=4V |
ID[mA] |
UDS[V] |
0,12 |
0,45 |
|
0,28 |
1,5 |
|
0,3 |
1,7 |
|
0,3 |
2 |
|
0,36 |
2,2 |
|
0,36 |
2,3 |
|
0,36 |
2,4 |
|
0,18 |
0,84 |
|
0,22 |
1 |
2. Wyznaczenie konduktancji wyjściowej gds na podstawie pomiarowych charakterystyk wyjściowych w funkcji napięcia wyjściowego.
a) tabele pomiarowe:
dId |
ID[mA] |
UDS[V] |
gd[mS] |
dUds |
UGS=0V |
0,34 |
0 |
0 |
3,4 |
0,1 |
|
0,4 |
0,34 |
0,1 |
3,076923 |
0,13 |
|
0,22 |
0,74 |
0,23 |
3,142857 |
0,07 |
|
2,14 |
0,96 |
0,3 |
3,057143 |
0,7 |
|
0,24 |
3,1 |
1 |
1,714286 |
0,14 |
|
0,36 |
3,34 |
1,14 |
2,571429 |
0,14 |
|
0,04 |
3,7 |
1,28 |
2 |
0,02 |
|
0,14 |
3,74 |
1,3 |
2,8 |
0,05 |
|
0,68 |
3,88 |
1,35 |
2,125 |
0,32 |
|
0,46 |
4,56 |
1,67 |
2,3 |
0,2 |
|
0,68 |
5,02 |
1,87 |
1,7 |
0,4 |
|
0,34 |
5,7 |
2,27 |
1,7 |
0,2 |
|
0,98 |
6,04 |
2,47 |
1,361111 |
0,72 |
|
0,42 |
7,02 |
3,19 |
1,02439 |
0,41 |
|
0,08 |
7,44 |
3,6 |
0,8 |
0,1 |
|
0,12 |
7,52 |
3,7 |
0,666667 |
0,18 |
|
0,07 |
7,64 |
3,88 |
0,583333 |
0,12 |
|
0,01 |
7,7 |
4 |
0,1 |
0,1 |
|
0,04 |
7,71 |
4,1 |
0,4 |
0,1 |
|
7,75 |
4,2 |
UGS=2V |
||||
gd[mS] |
dId |
ID[mA] |
UDS[V] |
dUds |
1,60 |
0,16 |
0 |
0 |
0,1 |
2,00 |
0,2 |
0,16 |
0,1 |
0,1 |
1,83 |
0,55 |
0,36 |
0,2 |
0,3 |
1,61 |
0,29 |
0,91 |
0,5 |
0,18 |
1,11 |
0,8 |
1,2 |
0,68 |
0,72 |
1,25 |
0,75 |
2 |
1,4 |
0,6 |
0,05 |
0,005 |
2,75 |
2 |
0,1 |
0,05 |
0,005 |
2,755 |
2,1 |
0,1 |
1,40 |
0,14 |
2,76 |
2,2 |
0,1 |
0,33 |
0,1 |
2,9 |
2,3 |
0,3 |
0,50 |
0,2 |
3 |
2,6 |
0,4 |
0,50 |
0,1 |
3,2 |
3 |
0,2 |
0,33 |
0,26 |
3,3 |
3,2 |
0,8 |
0,40 |
0,04 |
3,56 |
4 |
0,1 |
0,29 |
0,2 |
3,6 |
4,1 |
0,7 |
0,00 |
0 |
3,8 |
4,8 |
0,2 |
0,00 |
0 |
3,8 |
5 |
0,1 |
0,00 |
0 |
3,8 |
5,1 |
0,1 |
0,00 |
0 |
3,8 |
5,2 |
0,1 |
|
|
3,8 |
5,3 |
|
UGS=4V |
||||
gd[mS] |
dId |
ID[mA] |
UDS[V] |
dUds |
0,153846 |
0,06 |
0,12 |
0,45 |
0,39 |
0,25 |
0,04 |
0,18 |
0,84 |
0,16 |
0,12 |
0,06 |
0,22 |
1 |
0,5 |
0,1 |
0,02 |
0,28 |
1,5 |
0,2 |
0,1 |
0,03 |
0,3 |
1,7 |
0,3 |
0,15 |
0,03 |
0,33 |
2 |
0,2 |
0 |
0 |
0,36 |
2,2 |
0,1 |
0 |
0 |
0,36 |
2,3 |
0,1 |
|
|
0,36 |
2,4 |
|
b) charakterystyki:
zakres nasycenia tranzystora ma miejsce od U=4,55V i od tej wartości konduktancja powinna być równa 0 (gds=0). W naszym przypadku obserwujemy to zjawisko dla napięcia Ugs=2V, gdyż tylko przy tym napięciu przekroczyliśmy napięcie 
.
3. Wyznaczenie transkonduktancji gm w funkcji napięcia wejściowego gm(Ugs) na podstawie teoretycznych charakterystyk obliczonych w punkcie 1c).
tabele pomiarowe
Uds=3V |
||||
gm[mS] |
dId |
ID[mA] |
UGS[V] |
dUgs |
|
|
6,37 |
0 |
|
-1,43256 |
0,71628 |
5,65 |
0,5 |
-0,5 |
-1,43256 |
0,501396 |
5,15 |
0,85 |
-0,35 |
-1,43256 |
0,214884 |
4,93 |
1 |
-0,15 |
-1,43256 |
0,71628 |
4,22 |
1,5 |
-0,5 |
-1,43256 |
0,71628 |
3,50 |
2 |
-0,5 |
-1,43256 |
0,730606 |
2,77 |
2,51 |
-0,51 |
-1,43256 |
0,701954 |
2,07 |
3 |
-0,49 |
-1,43256 |
0,71628 |
1,35 |
3,5 |
-0,5 |
-1,43256 |
0,71628 |
0,64 |
4 |
-0,5 |
-1,43256 |
0,71628 |
-0,08 |
4,5 |
-0,5 |
-1,43256 |
0,71628 |
-0,80 |
5 |
-0,5 |
UDS=6V |
||||
gm[mS] |
did |
ID[mA] |
UGS[V] |
dUgs |
|
|
6,72 |
0,5 |
|
-1,674 |
0,84 |
5,89 |
1 |
-0,5 |
-1,674 |
0,84 |
5,05 |
1,5 |
-0,5 |
-1,674 |
0,84 |
4,21 |
2 |
-0,5 |
-1,674 |
0,84 |
3,38 |
2,5 |
-0,5 |
-1,674 |
0,84 |
2,54 |
3 |
-0,5 |
-1,674 |
0,84 |
1,70 |
3,5 |
-0,5 |
-1,674 |
0,84 |
0,86 |
4 |
-0,5 |
-1,674 |
0,84 |
0,03 |
4,5 |
-0,5 |
-1,674 |
0,84 |
-0,81 |
5 |
-0,5 |
UDS=9V |
||||
gm[mS] |
dId |
ID[mA] |
UGS[V] |
dUgs |
|
|
7,31 |
0,5 |
|
-1,776 |
0,62 |
6,69 |
0,85 |
-0,35 |
-1,776 |
0,27 |
6,42 |
1 |
-0,15 |
-1,776 |
0,89 |
5,54 |
1,5 |
-0,5 |
-1,776 |
0,89 |
4,65 |
2 |
-0,5 |
-1,776 |
0,89 |
3,76 |
2,5 |
-0,5 |
-1,776 |
0,89 |
2,87 |
3 |
-0,5 |
-1,776 |
0,89 |
1,98 |
3,5 |
-0,5 |
-1,776 |
0,89 |
1,10 |
4 |
-0,5 |
-1,776 |
0,89 |
0,21 |
4,5 |
-0,5 |
-1,776 |
0,36 |
-0,15 |
4,7 |
-0,2 |
-1,776 |
0,53 |
-0,68 |
5 |
-0,3 |
charakterystyki:
4. Analiza wyników i obliczenia:
Uds=3V
a=-1,43
b=6,36
Uds=6V
a=-1,675
b=7,56
c)Uds=9V
a=-1,776
b=8,1991
Dokonując obliczeń na podstawie przedstawionych wzorów, zauważamy, że poszczególna napięcia odcięcia kanału przy różnych wartościach UDS niewiele się różnią od siebie. Zauważamy również, że charakterystyki przejściowe nieznacznie odbiegają od charakterystyki liniowej uzyskanej za pomocą metody regresji liniowej. Obliczone wartości prądu nasycenia Idss są zgodne z oczekiwanymi i wynoszą kolejno: 6,36mA, 7,56mA i 8,18mA.
5. Wyznaczona transkondunktancja 
w punkcie 3 przyjmuje wartości na poziomie 1,43mS dla Uds=3V, 1,67mS dla Uds=6V oraz 1,77mS dla Uds=9V.
Na wartość transkonduktancji dla zakresu nasycenia wpływa głównie napięcie 
.
6. Wartości 
i 
nie zależą od napięcia 
. Napięcie to wpływa na prąd nasycenia. Gdy napięcie to przyjmuje małe wartości następuje zamknięcie kanału, czemu odpowiada mniejsza wartość prądu nasycenia.
7. Informacje katalogowe podają, że prąd Idss może przybierać wartości maksymalnie -15mA dla napięcia UGS=0V. Z katalogu możemy także odczytać, że napięcie odcięcia Ugs(off) przyjmuje wartość 8V dla UDS=-10V. U nas przy napięciu UDS=-9V napięcie odcięcia miało wartość 4,51V.
8. Systematyka i sposób połączeń tranzystorów polowych:
9.Najnowsze osiągnięcia:
W roku 2001 Holenderscy naukowcy z Uniwersytetu w Delft stworzyli tranzystor składający się z jednej cząsteczki! Rozmiar tego cudu miniaturyzacji wynosi zaledwie jeden nanometr (10 -9 m), a do zmiany swojego stanu (włączony / wyłączony) potrzebuje on tylko jednego elektronu! Naukowcy przewidują, że ich wynalazek pozwoli na konstruowanie układów miliony razy szybszych od obecnie stosowanych, przy czym ich wielkość pozwoli na dalszą miniaturyzację elektronicznych urządzeń.
10
zakres nienasycenia
zakres nasycenia
Wyszukiwarka