Badanie tranzystorów MOSFET

Transkrypt

1 Instytut Fizyki ul Wielkopolska Szczecin Pracownia Elektroniki Badanie tranzystorów MOSFET Zakres materiału obowiązujący do ćwiczenia: budowa i zasada działania tranzystora MOSFET; charakterystyki statyczne, wyjściowe i przejściowe, tranzystora MOSFET; napięcie progowe tranzystora MOSFET; wyznaczanie statycznych i dynamicznych parametrów tranzystora MOSFET (Oprac dr Radosław Gąsowski)

2 Przebieg ćwiczenia UWAGA: Zapoznać się z najważniejszymi parametrami dopuszczalnymi badanego tranzystora MOSFET (załącznik do instrukcji)i zapisać je na karcie pomiarowej Połączenie układu pomiarowego UWAGA: Przed rozpoczęciem łączenia ustawić ograniczenie prądowe zasilacza DC i DC na wartość I max = 0,A Połączyć obwód według schematu (rys) Pokrętło potencjometru wieloobrotowego P skręcić do oporu w lewo Przełącznik PR znajdujący się na płytce pomiarowej ustawić w położeniu U DS U GS UWAGA: Początkowe zakresy pomiarowe: woltomierze V, V 0V, amperomierz ma 0 ma UWAGA: Po włączeniu, zasilacz DC ustawić na 4V Regulacji napięcia U GS dokonywać za pomocą pokrętła potencjometru P ZASILACZ DC DC + + Płytka pomiarowa U DS =U GS U DS U GS PR P ma V U DS V U GS Rys

3 Pomiar charakterystyki wyjściowej Wykonać pomiary zależności I D =f(u DS ) przy U GS =const dla 3 podanych w załączniku wartości U GS Napięcie U GS ustawiamy za pomocą potencjometru P Napięcie U DS zmieniać w zakresie od 0V do 5V Wykonać minimum 5 pomiarów dla ustalonego napięcia U GS Tabela pomiarowa: Typ woltom V : Typ woltom V : U GS [V] Zakres[V] Lp U DS [V] Zakres[V] I D [ma] Zakres[mA] 3 Pomiar charakterystyki przejściowej Wykonać pomiary zależności I D =f(u GS ) dla U DS podanego w załączniku Stałą wartość napięcia U DS (woltomierz V ) ustawić za pomocą zasilacza DC Napięcie U GS zmieniamy potencjometrem P Pomiaru dokonać w zakresie prądów I D od 0,0mA do 00mA Wykonać minimum 5 pomiarów Tabela pomiarowa: Typ woltom V : Typ woltom V : U DS [V] Zakres[V] Lp U GS [V] Zakres[V] I D [ma] Zakres[mA] 3

4 4 Pomiar charakterystyki przejściowej przy U DS =U GS Połączyć obwód według schematu (rys) ZASILACZ DC DC + + Płytka pomiarowa U DS =U GS U DS U GS PR P ma V U DS U GS Rys UWAGA: Pokrętło potencjometru wieloobrotowego P skręcić do oporu w lewo UWAGA:Połączenia oznaczone linią przerywaną uzyskuje się za pomocą przełacznika PR ustawionego w położeniu U DS =U GS Wykonać pomiary zależności I D =f(u GS ) dla U DS =U GS Napięcie U GS zmieniamy potencjometrem P Pomiaru dokonać w zakresie prądów I D od 0,0mA do 50mA Wykonać minimum 5 pomiarów Tabela pomiarowa: Typ woltom V : Lp U GS =U DS [V] Zakres[V] I D [ma] Zakres[mA] 4

5 Opracowanie wyników Wykorzystując wyniki uzyskane w punkcie sporządzić tabelę i wykresy rodziny charakterystyk wyjściowych I D =f(u DS ) przy U GS =const Na wykresach nanieść prostokąty niepewności pomiarowych Tabela wyników dla punktu : Typ woltom V : Typ woltom V : U GS [V] U GS [V] Lp U DS [V] U DS [V] I D [ma] I D [ma] 3 Wykorzystując wyniki uzyskane w punkcie 3 sporządzić tabelę i wykres charakterystyki przejściowej I D =f(u GS ) przy U DS =const Na wykresach nanieść prostokąty niepewności pomiarowych Tabela wyników dla punktu 3: Typ woltom V : Typ woltom V : U DS [V] U DS [V] Lp U GS [V] U GS [V] I D [ma] I D [ma] 3 3 Korzystając z odpowiednich charakterystyk wyznaczyć parametry małosygnałowe: konduktancję wyjściową (konduktancję drenu) g ds i transkonduktancję (konduktancję wzajemną) g m Parametry te definiuje się odpowiednio: g ds I U D = DS I U D DS 5 dla U GS = const

6 g m I U D = GS I U D GS dla U DS = const Wybrać i zaznaczyć na odpowiednich charakterystykach punkt pracy Q badanego tranzystora UWAGA: Wartości prądu i napięć (I D, U DS, U GS,) określających położenie punktu pracy Q na poszczególnych charakterystykach powinny być takie same a) Konduktancję wyjściową g ds wyznaczamy z wybranej charakterystyki wyjściowej I D =f(u DS ) Na charakterystyce zaznaczyć dwa dodatkowe punkty Q i Q leżące po obu stronach punktu pracy Q Odczytać dla nich wartości U DS i I D Wyznaczyć konduktancję wyjściową korzystając ze wzoru: g ds ID( Q) ID( Q) = UDS( Q) UDS( Q) b) Transkonduktancję g m wyznaczamy z charakterystyki przejściowej I D =f(u GS ) Podobnie jak poprzednio należy zaznaczyć na charakterystyce dwa dodatkowe punkty Q i Q i odczytać dla nich wartości U GS i I D Wyznaczyć transkonduktancję korzystając ze wzoru: g m = ID( Q) ID( Q) UGS( Q) UGS( Q) c) Określić niepewności g ds i g m 4 Ogólne równanie prądu drenu dla zakresu nasycenia można β przedstawić w postaci: I ( ) D = UGS UT, gdzie: β współczynnik konstrukcyjnomateriałowy (współczynnik transkonduktancji), U T napięcie progowe bramkaźrodło 6

7 Aby wyznaczyć parametry β i U T przekształcamy równanie prądu do postaci β I D = UGS β UT Otrzymujemy równanie opisujące prostą y = ax b gdzie: y = β β I D ; a = ; b = U T ; x = U GS W oparciu o wyniki uzyskane w punkcie 4 obliczyć niepewności pomiarowe oraz wartości pierwiastka prądu ( i wykres pomocniczej charakterystyki Tabela wyników dla punktu 4: I D ) Sporządzić tabelę I D =f(u GS =U DS ) Typ woltom V : I D Lp U GS =U DS [V] U GS [V] I D [ma] I D [ma] ma Rysując prostą styczną do prostoliniowej części charakterystyki pomocniczej wyznaczyć parametr U T z przecięcia prostej z osią odciętych (U GS ) Wyznaczyć współczynnik kierunkowy a prostej stycznej i obliczyć parametr β Uzyskane wyniki wraz z jednostkami przedstawić w tabeli: Tranzystor MOSFET g ds [ms] g ds [ms] g m [ms] g m [ms] U T [V] β [ma/v ] Przykładowe obliczenia Dla każdego punktu ćwiczenia podać po przykładzie obliczenia wyznaczanej wielkości oraz niepewności pomiarowej, wg schematu: wzór końcowy = podstawione zmierzone wielkości wraz z jednostkami = wynik końcowy 7

8 Dyskusja i wnioski Przeprowadzić analizę otrzymanych wyników i niepewności pomiarowych Zestaw przyrządów i wyposażenia Zasilacz podwójny; Multimetr M3800 3szt; 3 Tranzystory MOSFET 3 szt (BS 70, BS 07A, BS 08); 4 Przewody 0szt Literatura Kołodziejski J, Spiralski L, Stolarski E Pomiary przyrządów półprzewodnikowych, WKiŁ, Warszawa, 990 Marciniak W Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone, WNT, Tietze U, Schenk Ch Układy półprzewodnikowe, WNT, 009 8