Badania laboratoryjne elementów i układów elektronicznych. (Część 2)

Сентябрь 15, 2022

Главная
Алгебра
Badania laboratoryjne elementów i układów elektronicznych. (Część 2)

Содержание

2. Spis treści 2.2. Wyznaczanie charakterystyk tranzystora polowego złączowego 2. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego 2.1. Cel ćwiczenia 1.
3. 1. Wstęp teoretyczny Tranzystory unipolarne (polowe) stanowią obok tranzystorów bipolarnych drugą ważną klasę elementów elektronicznych. Przewodzenie
4. Rys. 1. Oznaczenie graficzne tranzystora unipolarnego złączowego. a) z kanałem typu n, b) z kanałem typu
5. 1.1. Budowa i zasada działania tranzystora polowego złączowego Rys. 2. Budowa wewnętrzna tranzystora unipolarnego złączowego z
6. Rys. 3. Układy prawidłowej polaryzacji tranzystorów unipolarnych złączowych: a) z kanałem typu n, b) z kanałem
7. Jak pokazano na rysunku 3, źródło i dren są tak spolaryzowane, aby umożliwić przepływ nośników większościowych
8. 1.2. Układy pracy tranzystora Tranzystory polowe złączowe mogą występować w trzech konfiguracjach układowych: wspólnego źródła WS,
9. 1.3. Charakterystyki tranzystora w układzie wspólne źródło Właściwości statyczne tranzystora unipolarnego opisują rodziny charakterystyk przejściowych i
10. Rys. 5. Charakterystyki tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n
11. Charakterystyki wyjściowe (drenowe) przedstawiają zależność między prądem drenu ID i napięciem dren-źródło UDS, przy stałym UGS.
12. (2) Zakres nasycenia (pentodowy). Napięcie dren-źródło UDS nieznacznie wpływa na wartość prądu drenu, zaś bramka zachowuje
13. 1.4. Parametry tranzystora unipolarnego w układzie WS Dla tranzystora unipolarnego można wyznaczyć parametry statyczne dla dużych
14. gd – kondunktancja drenu (kondunktancja wyjściowa) w punkcie P(UDS,ID) (zgodnie z oznaczeniami z rys 5. P3(UGS3,ID3),
15. Rys. 6. Wyznaczanie współczynnika wzmocnienia napięciowego kU z charakterystyk przejściowych tranzystora polowego złączowego z kanałem typu
16. Wartość współczynnika wzmocnienia napięciowego można wyznaczyć graficznie z charakterystyk statycznych tranzystora (rys. 6 – charakterystyki przejściowe,
17. Rys. 7. Wyznaczanie współczynnika wzmocnienia napięciowego kU z charakterystyk wyjściowych tranzystora polowego złączowego z kanałem typu
18. W przypadku charakterystyk wyjściowych należy wykreślić linię stałego prądu drenu ID2, która przecina dwie gałęzie charakterystyki
19. 2. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego 2.2. Pomiar charakterystyk statycznych tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n 2.1.
20. Schematy pomiarowe Rys. 8. Układ do pomiaru statycznych charakterystyk tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n
21. Sposób przeprowadzenia pomiarów Połączyć układ pomiarowy przedstawiony na rys.8. (RG = 560kΩ, RD = 1kΩ, T
22. Tabela 1. Pomiar charakterystyki przejściowej ID=f(UGS)|UDS=const.
23. Tabela 2. Pomiar charakterystyki wyjściowej ID=f(UDS)|UGS=const.
24. 2.3. Opracowanie wyników pomiaru W sprawozdaniu należy zamieścić: Schematy układów pomiarowych realizowanych na ćwiczeniu. Tabele pomiarowe
25. Symulacje charakterystyk tranzystorów polowych złączowych z kanałem typu n BF 245 w programie OrCad Capture CIS
26. Rys. 9. Układ do wyznaczania charakterystyk tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n BF 245A
27. Rys. 10. Rodzina charakterystyk wyjściowych tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n BF 245A w układzie
28. Rys. 11. Rodzina charakterystyk przejściowa tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n BF 245A w układzie
29. Rys. 12. Układ do wyznaczania charakterystyk tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n BF 245B
30. Rys. 13. Rodzina charakterystyk wyjściowych tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n BF 245B w układzie
31. Rys. 14. Rodzina charakterystyk przejściowa tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n BF 245B w układzie
32. Rys. 15. Układ do wyznaczania charakterystyk tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n BF 245C
33. Rys. 16. Rodzina charakterystyk wyjściowych tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n BF 245C w układzie
34. Rys. 17. Rodzina charakterystyk przejściowa tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n BF 245C w układzie
36. Скачать презентацию

Слайд 2

Spis treści
2.2. Wyznaczanie charakterystyk tranzystora polowego złączowego
2. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego
2.1. Cel

ćwiczenia

1. Wstęp teoretyczny

3. Symulacje charakterystyk tranzystora

2.3. Opracowanie wyników pomiarów

1.1. Budowa i zasada działania tranzystora polowego złączowego

1.3. Charakterystyki tranzystora w układzie wspólne źródło

1.2. Układy pracy tranzystora

1.4. Parametry tranzystora polowego złączowego

Слайд 3

1. Wstęp teoretyczny
Tranzystory unipolarne (polowe) stanowią obok tranzystorów bipolarnych drugą ważną

klasę elementów elektronicznych. Przewodzenie prądu w tych tranzystorach oparte jest tylko na jednym rodzaju nośników większościowych, stąd nazwa unipolarne. Wspólną cechą wszystkich tranzystorów unipolarnych jest oddziaływanie pola elektrycznego na rezystancję półprzewodnika, stąd nazwa polowe. Tranzystory unipolarne są sterowane napięciowo – napięciem UGS.
Do grupy tranzystorów unipolarnych należą:
tranzystory unipolarne złączowe (JFET) ;
tranzystory unipolarne z izolowaną bramką (IGFET) ;
Tranzystory unipolarne złączowe dzielą się na dwa rodzaje :
z kanałem typu p
z kanałem typu n.

Слайд 4

Rys. 1. Oznaczenie graficzne tranzystora unipolarnego złączowego. a) z kanałem typu n, b)

z kanałem typu p

Слайд 5

1.1. Budowa i zasada działania tranzystora polowego złączowego
Rys. 2. Budowa wewnętrzna tranzystora unipolarnego

złączowego z kanałem typu n

Tranzystor JFET składa się z obszaru półprzewodnika typu n lub p, do którego w jednym końcu dołączona jest elektroda S (źródło) a na drugim końcu elektroda D (dren). Trzecia elektroda G (bramka) połączona jest z obszarem typu przeciwnego do obszaru kanału. Tworzy się dookólne złącze p–n wytworzone metodą dyfuzji lub wtopienia.

Слайд 6

Rys. 3. Układy prawidłowej polaryzacji tranzystorów unipolarnych złączowych: a) z kanałem typu

n, b) z kanałem typu p.

Слайд 7

Jak pokazano na rysunku 3, źródło i dren są tak spolaryzowane,

aby umożliwić przepływ nośników większościowych przez kanał od źródła do drenu. W tranzystorach z kanałem n przepływają elektrony, a w tranzystorach z kanałem p przepływają dziury. Złącze bramka-kanał musi być spolaryzowane w kierunku zaporowym.
Jak wiadomo, w pobliżu złącza p–n powstaje warstwa zaporowa. Warstwa ta jest szersza od strony kanału, a węższa od strony bramki. Wynika to z niejednakowego domieszkowania tych warstw (silniejsze w bramce, słabsze w kanale). Warstwa zaporowa ma dużą rezystancję i powoduje zmniejszenie czynnego przekroju kanału, przez który przepływa prąd. Wraz ze zwiększeniem polaryzacji złącza p–n w kierunku zaporowym (zwiększenie napięcia UGS) rozszerza się warstwa zaporowa i jej głębokość wnikania w kanał. Dla napięcia UGS=Up kanał jest zablokowany i prąd drenu przestaje płynąć. Zatem dla ustalonego napięcia między źródłem a drenem, rezystancja kanału, a więc i prąd drenu będzie funkcją napięcia między bramką a źródłem.

Слайд 8

1.2. Układy pracy tranzystora
Tranzystory polowe złączowe mogą występować w trzech konfiguracjach układowych:
wspólnego

źródła WS,
wspólnego drenu WD,
wspólnej bramki WG.

Rys. 4. Układy pracy tranzystora: a) ze wspólnym źródłem (WS), b) ze wspólną bramką (WG), c) ze wspólnym drenem (WD).

Слайд 9

1.3. Charakterystyki tranzystora w układzie wspólne źródło
Właściwości statyczne tranzystora unipolarnego opisują rodziny

charakterystyk przejściowych i wyjściowych.
Charakterystyki przejściowe (bramkowe) przedstawiają zależność prądu ID od napięcia bramka-źródło UGS, przy stałym UDS.

Charakterystyczne wielkości krzywych:
UP – napięcie odcięcia bramka-źródło – napięcie jakie należy doprowadzić do bramki , aby przy ustalonym napięciu UDS nie płynął prąd drenu.
IDSS – prąd nasycenia – prąd drenu płynący przy napięciu UGS=0 i określonym napięciu UDS.

Слайд 10

Rys. 5. Charakterystyki tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n

Слайд 11

Charakterystyki wyjściowe (drenowe) przedstawiają zależność między prądem drenu ID i napięciem

dren-źródło UDS, przy stałym UGS.

Wyróżnia się cztery zasadnicze zakresy charakterystyk tranzystora unipolarnego złączowego:
(1) Zakres liniowy (triodowy). Ze wzrostem napięcia dren-żródło UDS, prąd drenu ID wzrasta w przybliżeniu liniowo.

gdzie: G1 - kondunktancja kanału przy UGS = 0

gdzie: QC – ładunek elektryczny przy UGS = 0
CG – pojemność złącza

Слайд 12

(2) Zakres nasycenia (pentodowy). Napięcie dren-źródło UDS nieznacznie wpływa na wartość

prądu drenu, zaś bramka zachowuje właściwości sterujące.

(3) Zakres powielania lawinowego.

(4) Zakres zatkania (nieprzewodzenia)

Слайд 13

1.4. Parametry tranzystora unipolarnego w układzie WS
Dla tranzystora unipolarnego można wyznaczyć parametry

statyczne dla dużych wartości sygnałów oraz parametry dynamiczne dla małych wartości sygnałów.
Parametry statyczne – to przede wszystkim parametry graniczne:
IDmax – dopuszczalny prąd drenu (od kilku do kilkudziesięciu mA),
UDSmax – dopuszczalne napięcie dren-źródło (od kilkunastu do kilkudziesięciu V),
Pmax – dopuszczalne straty mocy (od kilkudziesięciu do kilkuset mW).
Parametry dynamiczne – to parametry małosygnałowe:
gm – kondunktancja wzajemna (transkonduktancja) w punkcie P(UGS,ID) (zgodnie z oznaczeniami z rys 5. P1(UGS1,ID1), P2(UGS2,ID2)) . Punkty P1i P2 powinny być położone symetrycznie względem punktu P. W interpretacji graficznej jest to tangens kąta nachylenia stycznej do charakterystyki przejściowej w określonym punkcie P.

Слайд 14

gd – kondunktancja drenu (kondunktancja wyjściowa) w punkcie P(UDS,ID) (zgodnie z

oznaczeniami z rys 5. P3(UGS3,ID3), P4(UGS4,ID4)). Punkty P3i P4 powinny być położone symetrycznie względem punktu P. W interpretacji graficznej jest to tangens kąta nachylenia stycznej do charakterystyki wyjściowej w określonym punkcie P.

rd – rezystancja drenu (rezystancja wyjściowa) (w zakresie liniowym – przyjmuje niewielkie wartości, w zakresie nasycenia – od kilkudziesięciu do kilkuset kΩ).

ku – współczynnik wzmocnienia napięciowego.

Слайд 15

Rys. 6. Wyznaczanie współczynnika wzmocnienia napięciowego kU z charakterystyk przejściowych tranzystora polowego

złączowego z kanałem typu n.

Слайд 16

Wartość współczynnika wzmocnienia napięciowego można wyznaczyć graficznie z charakterystyk statycznych tranzystora

(rys. 6 – charakterystyki przejściowe, rys. 7 – charakterystyki wyjściowe) lub analitycznie, posługując się wzorem

W przypadku charakterystyk przejściowych należy wykreślić linię stałego prądu drenu ID1, która przecina dwie gałęzie charakterystyki w punktach P1 i P2. Po zrzutowaniu współrzędnych tych punktów na oś napięcia UGS otrzymuje się bezpośrednio przyrost napięcia ΔUGS, natomiast przyrost napięcia ΔUDS oblicza się jako różnicę dwóch wartości stałych, przy których wyznaczano odpowiednie gałęzie charakterystyk. Tak więc zgodnie z oznaczeniami na rys. 6, współczynnik wzmocnienia napięciowego oblicza się jako:

Слайд 17

Rys. 7. Wyznaczanie współczynnika wzmocnienia napięciowego kU z charakterystyk wyjściowych tranzystora polowego

złączowego z kanałem typu n

Слайд 18

W przypadku charakterystyk wyjściowych należy wykreślić linię stałego prądu drenu ID2,

która przecina dwie gałęzie charakterystyki w punktach P1 i P2. Po zrzutowaniu współrzędnych tych punktów na oś napięcia UDS otrzymuje się bezpośrednio przyrost napięcia ΔUDS, natomiast przyrost napięcia ΔUGS oblicza się jako różnicę dwóch wartości stałych, przy których wyznaczano odpowiednie gałęzie charakterystyk. Tak więc zgodnie z oznaczeniami na rys. 7, współczynnik wzmocnienia napięciowego oblicza się jako:

Należy zwrócić uwagę, że wyznaczone powyższymi trzema sposobami wartości współczynnika wzmocnienia napięciowego tranzystora mogą się różnić ze względu na niejednakowe punkty pracy, w których zostały obliczone.

Слайд 19

2. Przebieg ćwiczenia laboratoryjnego
2.2. Pomiar charakterystyk statycznych tranzystora polowego złączowego z kanałem

typu n

2.1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie zasady działania i własności tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n poprzez wyznaczenie jego charakterystyk statycznych i parametrów układzie o wspólnym źródle WS. Będą wyznaczane rodziny charakterystyk wyjściowych oraz przejściowych. Parametry będą wyznaczone w określonym punkcie P.

Charakterystyki będą wyznaczane na podstawie pomiarów multimetrami:
napięć wejściowych układu – UGS,
napięć wyjściowych układu – UDS,
prądów wyjściowych – ID.

Слайд 20

Schematy pomiarowe
Rys. 8. Układ do pomiaru statycznych charakterystyk tranzystora polowego złączowego z

kanałem typu n

Слайд 21

Sposób przeprowadzenia pomiarów
Połączyć układ pomiarowy przedstawiony na rys.8. (RG = 560kΩ,

RD = 1kΩ, T – tranzystor polowy złączowy z kanałem typu n BF 245.
Określić napięcie progowe tranzystora UP. Ustawić zasilaczem ED napięcie UDS na wartość około 2V. Zwiększając (co do bezwzględnej wartości) zasilaczem EG napięcie UGS obserwujemy zmniejszające się wartości prądu drenu ID . Odczytujemy napięcie UP= UGS , jeżeli wartość prądu drenu będzie bliska zeru np. ID = 0,05 mA.
Wypełnić w Tabeli 1 kolumnę napięcia UGS od wartości 0 do napięcia UP .
Wykonać pomiary charakterystyki przejściowej dla kilku (określa prowadzący) stałych wartości napięć UDS. Pomiar polega na ustawieniu regulowanym zasilaczem EG napięcia UGS (woltomierz VGS), ustawieniu regulowanym zasilaczem ED określonej stałej wartości napięcia UDS (woltomierzem VDS), i odczycie prądu drenu ID (miliamperomierz mA). Ustawić kolejną wartość napięcia UDS i odczytać prąd ID Wyniki notujemy w tabeli 1., którą wypełniamy kolejnymi wierszami.
Wykonać pomiary charakterystyki wyjściowej dla stałych wartości napięcia UGS.: UGS1=0, UGS2=0,5UP-0,2 UGS3=0,5UP UGS4=0,5UP+0,2. UGS5=0,75UP Pomiary wykonujemy analogicznie jak dla charakterystyki przejściowej. Wyniki notujemy w tabeli 2., którą wypełniamy kolumnami.

Слайд 22

Tabela 1. Pomiar charakterystyki przejściowej ID=f(UGS)|UDS=const.

Слайд 23

Tabela 2. Pomiar charakterystyki wyjściowej ID=f(UDS)|UGS=const.

Слайд 24

2.3. Opracowanie wyników pomiaru
W sprawozdaniu należy zamieścić:
Schematy układów pomiarowych realizowanych na ćwiczeniu.

Tabele pomiarowe z wynikami.
Charakterystyki tranzystora polowego złączowego sporządzone na podstawie przeprowadzonych pomiarów.
Wyznaczenie parametrów rd, gm, ku dla określonego punktu pracy P (UGS3, UDS3). W tabelach pomiarowych należy zaznaczyć (np. innym kolorem, pogrubić) pomiary (punkty P1, P2, P3, P4), które posłużyły do wyznaczenia parametrów. Na wykreślonych charakterystykach statycznych tranzystora zaznaczyć punkty P oraz punkty pomocnicze P1, P2, P3, P4.
Wnioski.

Слайд 25

Symulacje charakterystyk tranzystorów polowych złączowych z kanałem typu n BF 245

w programie OrCad Capture CIS Demo v. 16.3

Слайд 26

Rys. 9. Układ do wyznaczania charakterystyk tranzystora polowego złączowego z kanałem typu

n BF 245A

Слайд 27

Rys. 10. Rodzina charakterystyk wyjściowych tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n

BF 245A w układzie WS

Слайд 28

Rys. 11. Rodzina charakterystyk przejściowa tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n

BF 245A w układzie WS

Слайд 29

Rys. 12. Układ do wyznaczania charakterystyk tranzystora polowego złączowego z kanałem typu

n BF 245B

Слайд 30

Rys. 13. Rodzina charakterystyk wyjściowych tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n

BF 245B w układzie WS

Слайд 31

Rys. 14. Rodzina charakterystyk przejściowa tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n

BF 245B w układzie WS

Слайд 32

Rys. 15. Układ do wyznaczania charakterystyk tranzystora polowego złączowego z kanałem typu

n BF 245C

Слайд 33

Rys. 16. Rodzina charakterystyk wyjściowych tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n

BF 245C w układzie WS

Слайд 34

Rys. 17. Rodzina charakterystyk przejściowa tranzystora polowego złączowego z kanałem typu n