Měření statických parametrů tranzistorů 1. Úkol měření Změřte: a.) závislost prahového napětí UT unipolárních tranzistorů typu MIS KF522 a KF521 na napětí UBS mezi substrátem a sourcem UT = f(UBS) b.) výstupní charakteristiku tranzistorů KF522 a KF521 v zapojení se společným sourcem (emitorem) za podmínky UBS = 0 V c.) závislost odporu kanálu RDS tranzistorů KF522 a KF521 na napětí UGS za podmínky UBS = 0 V,
2. Schématické uspořádání a popis přípravku
Obr. 1
Přípravek (obr. 1) je navržen tak, aby umožňoval univerzální měření statických parametrů unipolárních tranzistorů typu MIS a dalších součástek. Je napájen napětím +20 V ! Obsahuje celkem 4 napěťové zdroje napěťové zdroje (1) 1,5 V ÷ 12 V/± 50 mA max, (2) 1,5 V ÷ 12 V/± 50 mA max., (3) 0 V ÷ 15 V realizované potenciometrem, (4) 0 V ÷ 15 V realizované potenciometrem. Pro měření jsou k dispozici dva unipolární tranzistory MOS FE KF 521 a KF 522 (ostatní součástky nebudeme používat) a několik propojovacích polí. Vzhledem k tomu, že použité polem řízené tranzistory mají nechráněná hradla musíte dodržovat zásady práce s takovými součástkami tj.: Veškeré vodiče, přístroje (ale i své tělo), které chcete připojit nebo se jimi jen dotknout hradla (G) musíte napřed spojit (vybít - správněji uvést na společný potenciál !) s elektrodou S (source). Jinak byste mohli vstupní elektrodu (kapacitu) nabít i velmi malým nábojem na takové napětí, které by ji prorazilo !!!
Katalogové údaje tranzistorů: Typ
Mezní údaje kanál UCE
UGE
UGC IC
Ptot
tj
RCEON
y21
UCE
IC
UGE
CI
RCEOFF
mA/
V
mA
V
pF
5
-6
3
-10
-10
3
V KF521
KF522
N
P
20V
-32V
20V
-40V
-
-40V
10mA
-50mA
100mW
200mW
150°C
125°C
230-300
2,5-
6
8 9 10 -10
3,5
0,1
110-150
2-5
-10
3. Použité přístroje
1x - regulovatelný stejnosměrný zdroj napětí 0 V ÷ 20 V 3x - číslicové multimetry sada propojovacích kablíků.
4. Domácí příprava seznamte se s provozními a mezními parametry unipolárních tranzistorů KF 521 a KF 522: - mezní napětí mezi elektrodami souce a drain, - mezní napětí mezi elektrodami hradlo a source, - mezní proud elektrody drain, - mezní výkonová ztráta, - odpor kanálu v sepnutém stavu Ron a - nominální hodnota parametru y21. a) seznamte se s principy měření jednotlivých úloh.
5. Postup měření Měření dle bodů 5a), 5b), 5c) proveďte alespoň pro jeden z unipolárních tranzistorů (méně zkušeným doporučuji začít měření tranzistorem KF521!). Přípravek napájejte napětím +20 V. Pro měření využívejte napěťové zdroje (1), (2), (3), (4) uvnitř přípravku. Dbejte, aby nebyly překročeny mezní hodnoty jednotlivých součástek. Při měření zásadně vycházejte ze stavu uzavřeného tranzistoru. a) V zapojení dle obr. 2 a), b) změřte závislost prahového napětí UT unipolárního tranzistoru MIS v závislosti na napětí UBS . Prahové napětí UT je definováno jako napětí UGS , při kterém dosahuje proud ID protékající kanálem hodnoty 10 µA (ID(UT) = 10 µA) při UDS = 500 mV . Pro měření volte tyto podmínky:
KF 522 US = 5 V UD = 4,.5 V UB = US ( 5 V ) ÷ 15 V UG = 0 V ÷ 15 V
KF 521 US = 10 V
UD = 10,5 V UB = 0 V ÷ US ( 10 V ) UG = 0 V ÷ 15 V
Obr. 2 b) Změřte dostatečný počet napětí a proudů nutných pro sestrojení výstupních charakteristik unipolárních tranzistorů ID = f(UDS , UGS) v zapojení S(polečný)S(ource) při standardní polarizaci elektrod (obr. 3 a), b)). Měření proveďte minimálně pro čtyři běžná napětí UGS . Pro měření volte tyto podmínky KF 522 KF 521 US = 11 V US = 2 V UD = 2 V - US(11 V) U =3V-8V G
UD = US(2 V) - 12 V U = 1,5 V - 5 V G
Obr. 3. c) Změřte dostatečný počet hodnot proudů ID a napětí UDS a UGS nutných pro sestrojení závislosti odporu kanálu RDS na napětí UGS (RDS = f(UGS)). Pro měření použijte zapojení dle obr. 4 a), b) a volte tyto podmínky KF 522 KF 521 US = 12 V US = 3 V UD = 2 V UG = 0 V ÷ 15 V
UD = 12 V UG = 0 V ÷ 15 V
Obr. 4
6. Zpracování výsledků: a.) naměřené hodnoty zpracujte tabelárně a graficky b.) určete hodnoty diferenciálních parametrů y21 a y22 měřených tranzistorů v pracovním bodu voleném ve shodě s katalogem a porovnejte katalogové a naměřené hodnoty u parametrů y21 a RDS(ON) c.) proveďte diskusi naměřených hodnot (vliv předpětí substrátu, použitelnost tranzistorů jako aktivních resp., spínacích prvků). d.) K zpracování můžete použít programy Word a Excel, které máte v počítači přítomny.
7 . Naměřené hodnoty
Ugs = -1,5V Uds [V] Id [mA] 0.5 0.0 1.9 0.1 3.2 0.1 5.4 0.1 8.0 0.1 9.7 0.1 10.0 0.1
Ugs = 0V Uds [V] Id [mA] 0.1 0.5 1.3 2.2 3.1 2.6 5.0 2.9 5.7 3.0 6.9 3.1 8.7 3.3 9.8 3.4 10.0 3.4
UBS[V] 0 -2 -4 -6 -8 -10
Ugs = 1V Uds [V] Id [mA] 0.6 4.2 1.1 5.8 2.0 6.6 2.8 6.9 3.9 7.0 4.8 7.2 5.8 7.3 6.7 7.4 7.7 7.5
UT[V] -1.62 -0.78 -0.34 -0.4 0.227 0.44
Ugs = 2,5V Uds [V] Id [mA] 0.0 0.3 0.7 5.4 1.1 6.9 1.9 7.9 2.7 8.1 3.6 8.3 4.6 8.5 5.6 8.6 6.6 8.7
8. Grafy
Výstupní charakteristiky 10 1V 2,5 V
6
UGS [V]
Id [mA]
8
4 0V
2 -1,5 V
0 0
2
4
6
8
10
12
UDS [V]
Odpor kanálu 1000000
RDS [Ω]
100000 10000 1000 100 10 1 -3
-1
1
3 UGS [V]
5
7
Prahové napětí 1
0 -10
-8
-6
-4
-2
-0.5
0
UT [V]
0.5
-1 -1.5 -2 UBS [V]
8. Závěr Při nastavení pracovního bodu, jenž je uveden v katalogovém listě, jsme naměřili diferenciální strmost přibližně y21 = 4 mA/V. Katalogový list udává pro model tranzistoru KF 521 hodnotu 3,5 mA/V. Z naměřených hodnot jsme vypočítali diferenciální odpor. Jeho hodnota činila 100 Ω. Hodnota uvedená v katalogovém listě je 200 Ω. Z výstupních charakteristik je patrné, že koleno charakteristik je přibližně v UDS = 2V. V oblasti do 2 V se tedy tranzistor chová jako lineární.
