Universitatea Politehnica Din Bucureşti Facultatea de Electronică

8/14/2019 Universitatea Politehnica Din Bucureti Facultatea de Electronic

1/21


2/21

Dispozitive Electronice-ndrumar de laborator2

LUCRAREA 3 - Modulul MCM4/EV

TRANZISTORUL CU EFECT DE CMP CUPOART JONCIUNE (TEC-J)


3/21

Lucrarea III-Modulul MCM4/EV-Tranzistorul TEC-J 3

CUPRINS

3.1 PREZENTAREA TRANZISTORULUI CU EFECT DE CMP CU POART

JONCIUNE

3.2 PRINCIPIUL DE FUNCIONARE. ANALIZ TEORETIC.

3.3 DESFURAREA LUCRRII3.3.1 Aparate necesare

3.3.2 MCM4/EV Tranzistorul TEC-J. Pregtiri preliminare.

3.3.3 Msurarea caracteristicii de curent continuu

3.3.4 Verificarea modelului dinamic

3.3.5 Amplificator de semnal mic cu TEC-J

3.4 NTREBRI


4/21


INSTRUCIUNI DE UTILIZARE

Pentru utilizarea modulului MCM4-EV citii i meninei la ndemn acest manual. La dezambalarea modulului sau la nceperea lucrrii punei toate accesoriile n ordine pentru a

nu le pierde i verificai integritatea acestuia. Facei un control vizual pentru a v asigura ca nusunt stricciuni vizibile.

nainte de conectarea modulului la tensiunea de alimentare de +/-12V, verificai c putereaestimat corespunde cu puterea sursei de alimentare.

nainte de alimentarea modulului verificai cablurile de alimentare i corecta conectate la sursade alimentare.

Acest modul trebuie utilizat numai conform scopului pentru care a fost conceput respectivpentru educaie i trebuie utilizat numai sub directa supervizare a personalului specializat.

Orice alt utilizare nu este corecti astfel periculoas. Utilizarea improprie sau neraional amodulului poate conduce la stricciuni iremediabile.


5/21


3.1 PREZENTAREA TRANZISTORULUI CU EFECT DE CMP CU

POART JONCIUNE

Tranzistorul cu efect de cmp poart jonciune (TEC-J) difer de tranzistorul bipolar att prin

structur ct i ca mod de operare. Curentul prin tranzistorul TEC-J este datorat unui singur tip de

purttori spre deosebire de tranzistorul bipolar unde conducia este asigurat de ambele tipuri depurttori. Din acest punct de vedere TEC-J este un dispozitiv unipolar.

Structura unui tranzistor TEC-J este detaliat n fig. 3.1. ntr-un semiconductor (baz) ce are un

tip de conductivitate se realizeaz dou zone de conductivitate de tip opus, realizndu-se astfel dou

jonciuni. Prin contactarea celor dou zone de conductivitate de tip opus apare electrodul de poart (G

gate). Contactarea pe cele dou laturi opuse ale bazei duce la obinerea electrozilor de dren (D

drain) respectiv surs (S source). Simbolul tranzistorului este prezentat n fig. 3.2.

Fig. 3.1 Structura unui tranzistor TEC-J.

O deosebire esenial ntre tranzistorul bipolar i tranzistorul cu efect de cmp este c la

tranzistorul bipolar controlul curentului de colector se realizeaz cu un curent de baz, pe cnd la

tranzistorul cu efect de cmp controlul curentului de dren se realizeaz cu o tensiune aplicat ntre

poarti surs.

Polarizarea jonciunii poart-surs se face ntotdeauna n invers pentru a beneficia de efectul de

tranzistor. Polarizarea n direct a acestei jonciuni nu produce efect de tranzistor. La polarizarea direct

a jonciunii curentul prin aceasta va depinde exponenial de tensiunea aplicati dac acesta nu este

limitat va duce la distrugerea jonciunii, deci a tranzistorului.

Fig. 3.2 Simbolurile pentru tranzistoarele TEC-J.


6/21


3.2 PRINCIPIUL DE FUNC|IONARE. ANALIZ TEORETIC.

Caracteristici statice

Se consider un TEC-J cu canal n cu structura simplificat, simbolul i mrimile asociate din

fig. 3.3.

Fig. 3.3 Structura simplificat a tranzistorului TEC-J.

Se demonstreaz c dependena curent-tensiune pentru structura prezentat n fig. 3.3 este dup

cum urmeaz:

Pentru 0vV GST , 0vDS i DSv foarte mic (sute de mV):

DS

2

1

T0B

GS0B0D vV

v1Gi

=

(3.1)

unde,

0B

2D

T 2

aNqV +

= este tensiunea de prag;

L

ZaNq2G Dn0

=

este conductana maxim (constructiv) a canalului;

0B este nlimea barierei de potenial asociat jonciunii np+ , poart-canal.

Pentru 0vV GST , 0vDS i TGSsat,DSDS vvvv0 = :

[ ]DSGS0BGS0BDS0D

v)v(f)vv(fGi ++= (3.2)

unde, funciafeste definit ca:


7/21


8/21


9/21


Dac se analizeaz structura real a unui TEC-J se remarc prezena ntre extremitile

canalului propriu-zis i contactele metalice S i D, a unor poriuni de siliciu n (saup pentru TEC-J cu

canal p) a cror rezisten trebuie luat n considerare n construirea unui model dinamic mai rafinat.

Astfel, modelul se completeaz cu rezistenele dR i sR i este prezentat n fig. 3.6.

Rezistenele dR i sR depind de tensiunile aplicate tranzistorului. Valorile msurate pentru mg i dg pot diferi de cele care rezult din formulele teoretice datorit prezenei acestor rezistene.

Fig. 3.6 Circuitul echivalent de semnal mic i joas frecven ce include efectul rezistenelor serie dinzona de surs respectiv dren.

Circuit de amplificare cu tranzistor TEC-J

Pentru a fi utilizat ca amplificator tranzistorul TEC-J se utilizeaz polarizat n regim de

saturaie. n acest regim exist, la semnal mic, o dependen liniar ntre tensiunea de comandvgsi

curentul de drenid(fig. 3.7).

Fig. 3.7 Zona optim de lucru pentru tranzistorul TEC-J ca amplificator de semnal mic.

gsmd vgi =

unde,

mg = transconductana sau panta tranzistorului TEC-J.

Ca i tranzistorul bipolar, TEC-J-ul poate lucra ca amplificator ntr-una din cele patru

conexiuni:surscomun (SC), grilcomun (GC), drencomun (DC) sau repetor pe sursisarcin

distribuit(SD).


10/21


n fig. 3.8 este prezentat un circuit de amplificare n care tranzistorul lucreaz n conexiunea

SC. Tranzistorul este atacat pe gril cu un generator de semnal prin intermediul condensatorului de

decuplare C1. RezistorulRG este utilizat pentru ntoarcerea curentului de poart catre punctul de mas.

Curentul prin tranzistor se fixeaz cu ajutorul rezistorului RS. Condensatorul CS este utilizat ca i

condensator de decuplare n circuitul sursei. Pentru o valoare bine aleas acesta va scurtcircuita RS n

curent alternativ n banda de lucru punnd tranzistorul cu sursa la mas (surs comun).

Fig. 3.8 Etajsurs comun (SC) realizat cu tranzistor TEC-J.

Rezistena de sarcin a etajului este constituit numai din RD, rezistor ce are rol i pentru

polarizarea n curent continuu a tranzistorului.

Amplificarea de tensiune a etajului SC este dat de relaia:

Dmi

oV Rgv

v

A ==

Semnul minus din relaia ce d amplificarea de tensiune a etajului semnific faptul c la ieire

semnalul este defazat cu 1800 fa de semnalul de intare.

Rezistenele de intare/ieire n/din etaj sunt:

Gi

ii Ri

vR ==

Do

oo Ri

vR ==

Calculul acestora au presupus o rezisten de intrare i o rezisten rds infinite pentru tranzistorulTEC-J.


11/21


3.3 DESFURAREA LUCRRII

3.3.1 APARATE NECESARE

Surs de alimentare PS1-PSU/EV sau PSLC/EV Modulul MCM4/EV; Multimetru; Osciloscop; Generator de semnal.

3.3.2 MCM4/EV-TRANZISTORUL TEC-J. PREGTIRI PRELIMINARE

MCM-4 Deconectai toate unturileMontai SIS1 Setai toate comutatoarele pe deschisSIS2 Introducei cod lecie: B04

Se pornete de la modulul aflat pe placa MCM-4 stnga sus cu schema electric pentru

msurtori pe tranzistorul TEC-J prezentat n fig. 3.9:

Tehnica de polarizare aleas este cu dou surse:

Sursa fix de 12V/-12V i un divizor rezistiv reglabil pentru tensiunea VGS; Surs variabil 1,2V-24V (VCC) i o rezisten serie pentru polarizarea dren-surs.

!Valorile amplitudinilor tensiunilori curenilor alternativi sunt date n mrimi RMS.

Fig. 3.9 Schema electric pentru msurtori pe tranzistorul TEC-J de pe modulul MCM-4.


12/21


13/21


Tabelul 3.1

VGS

[V]0 -0,5 -1 -1,5 -1,8 -2 -2,2 -2,5 -2,7 -3 -3,5

VDS

[V]

ID

[mA]

Fig. 3.11 Forma caracteristicii de transfer.Caracteristicile de ieire

Pe circuitul din fig. 3.10 cu ajutorul poteniometruluiRV8 se regleaz tensiunea VGS la valorile

date n tabelul 3.2. Se variaz tensiunea VDS la valorile impuse n tabel prin variaia VDDi se msoar

curentul de dren.

n cazul curenilor de dren mici, cderea de tensiune pe rezistena R12 va fi mic fapt ce se

traduce ntr-o diferen mic ntre tensiunea VDD i tensiunea VDS. Pentru a maximiza cderea de

tensiune se scoate jumper-ul J22 i se conecteaz n locul acestuia un rezistorRJ22

=10k.

Se reprezint grafic familia de curbe parametriceID = f1 (VGS, VDS). Se vor obine caracteristici

de forma celei din fig. 3.12. Se va delimita pe grafic zona de saturaie de zona liniar.

Tabelul 3.2

VDS [V] 0 0,5 0,6 0,8 1 1,5 2 3 4 6

VDD

[V]

R12

[k]VGS= 0

ID

[mA]

VDD

[V]

R12

[k]

VGS=-0,5

ID

[mA]


14/21


15/21


Fig. 3.12 Forma caracteristicii de ieire.Pentru fiecare curb se va determina grafic tangenta n origine:

0VDS

D

0VDS

Dlin,d

DSDSv

i

dv

dig

==

==

Rezultatele se trec n tabelul 3.3.

Tabelul 3.3

]V[VGS 0 -0,5 -0,1 -1,5 -2 -2,5 -3

]V/mA[g 1lin,d

Funcionarea TEC-J ca generator de curent constant

Regimul n care tranzistorul TEC-J poate funciona ca generator de curent constant este

saturaia ( V0VV GST


16/21


Fig. 3.13 Circuitul pentru msurarea caracteristii curent-tensiune a sursei de curent constant realizate cuTEC-J.

Se msoar indirect curentul n circuit. Acesta trebuie s rmn constant ct vreme

tranzistorul rmne n saturaie.

Se traseaz graficulID = f (VDS).

3.3.4 VERIFICAREA MODELULUI DINAMIC

Estimarea rd n saturaie

Se realizeaz configuraia din fig. 3.14. Se conecteaz jumper-iiJ18, J21, J30iJ37.

Se conecteaz rezistena 10kR1J22 = i condensatorul CJ20 (10F) se fixeaz V2VGS = i

V5VDS = . Generatorul de semnal este conectat i pornit, dar reglat la V0VS = . Poteniometrul

semireglabilRV5 se regleaz cu cursorul n mas.

Se regleaz amplitudinea semnalului de la generator astfel nct s se obin mV10Vgs = i se

msoar dsV . Rezultatele se trec n tabelul 3.5.

Se repet msurtorile pentru 22kR2J22 = .

Tabelul 3.5

]k[R 22J 10 22

]mV[Vds


17/21


Fig. 3.14 Circuitul pentru msurarea rezistenei dinamice n saturaie (rd) i agm,sat.

Se calculeaz:1

vRvR

RR

g

1r

2ds1

22J

1ds222J

122J

222J

sat,dsat,d

==

Msurarea conductanei mutuale n saturaie - gm,sat

n configuraia din fig. 3.14 se elimin jmper-ulJ21i se adaugJ22. Se regleaz succesiv GSV

la valorile din tabelul 3.6 meninndu-se de fiecare dat V4VDS = , mV10Vgs = i msurndu-se dsV .

Se calculeaz conductana mutualmsurat, 1sat,mg , iar valorile se trec n tabelul 3.6.

V4Vds12

ds1sat,m

DS

vR

vg

=

=

Tabelul 3.6

]V[VGS 0 -0,5 -1 -1,5 -2 -2,5 -3

]mV[Vds

]V/mA[g 1sat,m

]V/mA[g 2sat,m

Cu ajutorul valorilor DSSI i TV determinate anterior se calculeaz conductana mutual

teoretic 2sat,mg , iar valorile se trec n tabelul 3.6.

( )V4V

GST2T

DSS2sat,m

DS

VVV

I2g

=

=

Cu datele din tabelul 3.6 se traseaz pe aceleai grafic, curbele:

C1: ( )GS1sat,m Vfg = , pentru V4VDS =

C2: ( )GS2sat,m Vfg = , pentru V4VDS =


18/21


Cum explicai diferenele care rezult ntre 1sat,mg (transconductana msurat) i

2sat,mg (transconductana calculat)?

Msurarea conductanei canalului n regiunea liniar - gm,lin

Se realizeaz configuraia din fig. 3.15 conectndu-se jumper-ii J21, J30, J37i 10kRJ22 = .

Se regleaz poteniometru RV5 cu cursorul n mas. Se ajusteaz succesiv GSV la valorile din tabelul

3.7. Se modific de fiecare dat amplitudinea generatorului astfel nct s se obin mV20Vds = . Se

msoar ddV i se trece n tabelul 3.7.

Tabelul 3.7

]V[VGS 0 -0,5 -1 -1,5 -2 -2,5 -3

]mV[Vdd

]V/mA[g 2lin,d ]V/mA[g 3lin,d

Fig. 3.15 Circuitul pentru msurarea conductanei canalului n regiunea liniar -gd,lin.

Utiliznd datele din tab. 3.7 se calculeaz pentru fiecare valoare a lui GSV , parametrul:

V0V

22J

ds

dd

2lin,d

DS

R

1V

V

g

=

=

i cu ajutorul lui DSSI i TV parametrul


19/21


V0V

GST2T

DSS3lin,d

DS

vV)V(

I2g

=

=

Rezultatele se trec n tabelul 3.7. Cu datele din tabelele 3.3 i 3.7 se traseaz grafic curbele:

C3: ( )GS1lin,d Vfg = , pentru V0VDS =



Cum explicai diferenele care rezult ntre conductanele dren-surs msurate prin diferite

metode 1lin,dg i 2lin,dg i conductana 3lin,dg calculat cu relaia?

3.3.5 AMPLIFICATOR DE SEMNAL MIC CU TEC-J

Conexiunea utilizat pentru experimentarea amplificrii la tranzistorul TEC-J este sursa

comun (SC) fig. 3.16.

Fig. 3.16 Amplificator surs comun cu TEC-J.

Fig. 3.16 se realizeaz n urmtoarele etape:

Se conecteaz jumperiiJ18, J22, J27, J29, J34, J36; Se regleazVcc la valoarea de 24V; Se conecteaz cele dou canale ale osciloscopului ca n fig. 3.16; Se poziioneaz cursorul poteniometrului semireglabilRV6la mas; Se conecteaz generatorul de semnal pe poziia jumper-uluiJ29; Se regleaz semnalul pe grila tranzistorului T6la o amplitudine de 0,2Vpp / 1kHz; Se ajusteaz cursorul poteniometrului semireglabilRV9 pn amplitudinea semnalului

de ieire e maxim;

Se msoar tensiunea pp (peak to peak) la ieire n absena distorsiunilor i secalculeaz amplificarea cu relaia:


20/21


pp,i

pp,ov v

vA =

Se verific dac defazajul ntre intrare i ieire este de 180o.

3.4 NTREBRI

1. Ce este canalul la un tranzistor TEC-J?a) Regiunea dintre sursi dren;b) Regiunea dintre poarti surs;c) Regiunea dintre dreni surs;d) Conexiunea dintre cele dou regiuni ale porii;e) Conexiunea de intrare n TEC-J.

2. Canalul dren-surs este ntrerupt ( 0ID = ) cnd:a) V0VDS = ;b) TGS VV = ;c) V0VGS = ;d) V5VGS = ;e) V1VDS = .

3. n regiunea liniar tranzistorul TEC-J se comport ca:a) O rezisten;b) O diod;c) Un capacitor;d) O bobin;e) Un comutator deschis.

4. Ce erori se introduc n determinrile asupra caracteristicilor statice prin meninerea prea ndelungata TEC-J ntr-un regim de putere disipat relativ mare (IDi VDSmari)?

5. Tranzistorul TEC-J se poate utiliza ca generator de curent constant n:a) Polarizare n regiunea liniar;


21/21


b) Polarizare n saturaie;c) n oricare regiune a caracteristicii ( )DSD VI ;d) La TGS VV < ;e) La V0VDS = .

6. Tranzistorul TEC-J se poate utiliza ca amplificator de semnal mic:a) n regiunea liniar;b) n oricare regiune a caracteristicii ( )DSD VI ;c) La TGS VV < ;d) La V0VDS = .e) n saturaie;

7. Curentul de poart al tranzistorului TEC-J:a) Este dependent de TV ;b) Este dependent de caracteristica ( )DSD VI ;c) Este curentul rezidual al jonciunii de poart;d) Crete invers proporional cu tensiunea DSV ;e) Este proporional cu DSSI .

Universitatea Politehnica Din Bucureşti Facultatea de Electronică

Documents

Transcript of Universitatea Politehnica Din Bucureşti Facultatea de Electronică