ZESPÓŁ SZKÓŁ Nr 9 im. Romualda Traugutta

W KOSZALINIE

Przygotowanie teoretyczne

Temat ćwiczenia:

Badanie tranzystorów unipolarnych FET

Koszalin rok szk. 2004/2005

Tranzystory unipolarne, nazywane też tranzystorami polowymi, stanowią grupę kilku rodzajów elementów, których wspólna cechą jest pośrednie oddziaływanie pola elektrycznego na rezystancję półprzewodnika, względnie na rezystancję cienkiej warstwy nieprzewodzącej. Teoretycznie sterowanie pracą tranzystora unipolarnego może odbywać się bez poboru mocy. Do grupy tranzystorów unipolarnych należą:

• tranzystory unipolarne złączowe ze złączem p-n [ w skrócie określane jako FET lub prościej FET] lub z barierą Schottky`ego [MOSFET]

• tranzystory unipolarne z izolowaną bramką [IGFET], z których najczęściej są wykorzystywane struktury metal-tlenek-półprzewodnik [MOS lub MOSFET]

• tranzystory unipolarne cienkowarstwowe [TFT]

Tranzystory unipolarne złączowe charakteryzuje się przez podanie szeregu parametrów dla dużych wartości sygnałów - nazywanych parametrami statycznymi i dla małych wartości sygnałów - nazywanych parametrami dynamicznymi. Zostaną one rozpatrzone w odniesieniu do tranzystora z kanałem typu n.

Rys. 1. Symbole graficzne tranzystorów unipolarnych złączowych a) tranzystor z kanałem typu n, b) tranzystor z kanałem p.

Właściwości statyczne tranzystora unipolarnego najlepiej opisują dwie rodziny charakterystyk: charakterystyki przejściowe i charakterystyki wyjściowe.

Charakterystyki przejściowe podają zależność prądu drenu I_d od napięcia bramka-źródło U_gs, przy ustalonej wartości napięcie dren-źródło U_ds.

Wielkościami charakterystycznymi krzywych są:

• Napięcie odcięcia bramka-źródło U_gsoff , tj. napięcie, jakie należy doprowadzić do bramki aby przy ustalonym napięciu U_ds nie płynął prąd drenu. Praktycznie przyjmuje się, że przy napięciu U_gsoff prąd drenu nie przekracza określonej wartości (najczęściej 1 lub 10 mikroamperów)

• Prąd nasycenia I_dss, tj. prąd drenu płynącego przy napięciu U_gs = 0 i określonym napięciu U_ds.

Typowe wartości napięć U_gsoff wynoszą od kilku do kilkunastu woltów, a wartości prądu I_dss od kilku do kilkudziesięciu miliamperów.

Charakterystyki przejściowe są zależne od temperatury. Można jednak zauważyć (rys. 2.) że krzywe wyznaczone przy różnych wartościach temperatury przecinają się w jednym punce A o współrzędnych U_gsz i I_dsz. W punkcie A współczynnik temperaturowy prądu drenu jest równy zeru. Możliwość doboru tego punktu jako punktu pracy jest jedna z zalet tranzystorów unipolarnych.

Charakterystyki wyjściowe podają związek między prądem drenu I_d i napięciem dren-źródło U_ds, przy napięciu bramka-źródło U_gs jako parametrze.

Można wyodrębnić trzy zasadnicze zakresy tych charakterystyk. W zakresie 1 (rys. 2) tzw. zakresie liniowym lub triodowym, tranzystor zachowuje się jak zwykły rezystor półprzewodnikowy. Prąd I_d  rośnie w przybliżeniu liniowo ze wzrostem napięcia U_ds. W zakresie nasycenia 2, nazywanym także zakresem pentodowym (rys. 2.), napięcie dren-źródło w bardzo nieznacznym stopniu wpływa na wartość prądu drenu, natomiast bramka zachowuje właściwości sterujące.

Trzecim zakresem charakterystyk wyjściowych jest zakres powielania lawinowego lub krócej obszar lawinowy (rys. 2.) z którego nie korzysta się w normalnej pracy ze względu na możliwość trwałego uszkodzenia tranzystora.

Przy opisie właściwości statycznych tranzystorów unipolarnych nie zawsze są podawane ich charakterystyki. Często wymienia się szereg parametrów statycznych. Do takich parametrów oprócz napięcia odcięcia U_gsoff, i prądu nasycenia I_dss, należą np.:

• I_doff - prąd wyłączenia, tj. prąd drenu płynący przy spolaryzowaniu bramki napięciem U_gs > U_gsoff

• R_dson - rezystancja statyczna włączenie między drenem a źródłem tranzystora, pracującego w zakresie rezystancyjnym charakterystyki I_d = f (U_ds) w warunkach maksymalnego przewodzenia kanału, a więc w tranzystorach FET przy U_gs = 0

• R_dsoff - rezystancja statyczna wyłączenia między drenem a źródłem tranzystora znajdującego się w stanie odcięcia, tzn. U_gs < U_gsoff oraz prądy upływ i napięcia przebicia między poszczególnymi elektrodami.

Rys. 2. Charakterystyki tranzystora polowego złączowego.

Ważną rolę odgrywają także parametry graniczne, których nie należy przekraczać. Najważniejsze parametry graniczne to: maksymalny prąd drenu I_dmax (typowe wartości wynoszą od kilku do kilkudziesięciu miliamperów), maksymalny prąd bramki I_gmax, maksymalne napięcie dren-źródło, U_dsmax (typowe wartości od kilkunastu do kilkudziesięciu woltów) lub bramka-źródło I_gsmax i maksymalna moc strat przy stałej temperaturze złącza P_tomax (typowe wartości - od kilkudziesięciu do kilkuset miliwatów).

2

Badanie wzmacniacza operacyjnego.

3

Przygotowanie teoretyczne.

4

Badanie tranzystorów unipolarnych FET.

2

Badanie tranzystorów unipolarnych FET.

---