A8B32IES Úvod do elektronických systémů

Transkript

1 A8B32IE Úvod do elektronických systémů Tranzistor MOFET charakteristiky, parametry, aplikace Tranzistor řízený polem - princip a základní aplikace Charakteristiky a mezní parametry tranzistoru MOFET Pracovní bod tranzistoru MOFET Invertor s tranzistorem MOFET Měření charakteristik invertoru A8B32IE Tranzistor MOFET charakteristiky, parametry, aplikace 1

2 MOFET Metal Oxide emiconductor Field Effect Transistor řídící struktura Kov-Oxid-Polovodič řízeno elektrickým polem transrezistance 1/g m schematická značka aplikace kolektor řízený proudový zdroj hradlo B substrát U g m U emitor spínač U U řízený odpor B

3 1926 J. E. Lilienfeld patentuje princip polem řízeného tranzistoru 1959 awon Kahng a M. M. Attala konstruují první polem řízený tranzistor pohled shora Princip elektrostatická indukce řez Q = 0 Q > 0 Q < kanál řízený polem

4 MOFET Metal Oxide emiconductor Field Effect Transistor io 2 io 2 N + kanál N N + P + kanál P P + UBTRÁT P B UBTRÁT N B B B B B kanál N kanál P indukovaný zabudovaný indukovaný zabudovaný značení vycházející z polarity substrátu P N

5 Tranzistor MOFET N-kanálový nevodivý stav U = 0 kovový kontakt ource () kovový kontakt rain () izolace ource kanál rain hradlový oxid elektrony energetická bariéra díry

6 Tranzistor MOFET N-kanálový vodivý stav U > U T U >>0 kovový kontakt ource () kovový kontakt rain () izolace ource elektrony kanál rain hradlový oxid díry

7 MOFET VA charakteristika a mezní parametry I [ma] Výstupní I I max B U U P tot = U I U I [na] Vstupní U max U [V] U [V] 0 BU U max U max rain-ource Voltage Maximum I Continuous rain Current I M Pulsed rain Current U max ate-ource Voltage Maximum P tot Power issipiation BU rain-ource Breakdown Voltage

8 MOFET katalogový list Maximální napětí rain-ource Maximální hodnota I trvale Maximální hodnota I pulzně Maximální napětí ate-ource Maximální ztrátový výkon Průrazné napětí rain-ource Prahové napětí tatický odpor - v sepnutém stavu Vstupní kapacita trmost pínací/vypínací zpoždění

9 Tranzistor MOFET jako řízený proudový zdroj U I [ma] I max R 1 R U P tot = U I P 0 R 2 Δi =0 Δi 0 U [V] U max BU Δu g m Δu Δu Aplikace zesilovač

10 Volba polohy klidového pracovního bodu P 0 pozor na průraz U <U max U Většinou dáno použitým zdrojem => U fixní, dle U volí tranzistor s odpovídajícím U max I R R omezuje polohu P 0 ve výstupní charakteristice, ovlivňuje zisk a omezuje P max U = U I [ma] I max R 1 < R 2 < R 3 Minimimální hodnota R je dána maximálním ztrátovým výkonem tranzistoru. Zdroj dodává max. výkon do zátěže (FETu) je-li U = U /2 U R 3 R 2 P tot = U I P max > U P0 * I P0 = U /2 * U /(2*R ) 2 U Rmin 0 4P max R 3 U /2 U [V] U U max BU

11 Tranzistor MOFET jako spínač U I [ma] I max R P 0ON U P tot = U I u ON u OFF P 0OFF OFF ON 0 U [V] U max BU i i ~ na i i =U /R ON u C u u C R ON u

12 Invertor invertuje hodnotu vstupní logické proměnné (pravda/nepravda) invertor jako elektronický prvek mění definované úrovně napětí (proudu) např. je-li U IN = 0 (log.0), tak U OUT = U (log.1) je-li U IN = U (log.1), tak U OUT = 0 (log.0) Výstupní hodnota mezi těmito limitními stavy závisí na konstrukci invertoru (zapojení, parametrech tranzistorů, odporů, apod.) Ideální charakteristika Možná realizace V V out V in spínač je-li V in > V /2 sepnut je-li V in < V /2 rozepnut

13 Převodní charakteristika invertoru MOFET I [ma] F U =U - U T E U [V] sepnuto (P ON spínače) závislost U = f(u ) v zapojení společný ource () U /R oblast volby P 0 pro zesilovač rozepnuto (P OFF spínače) C B A I U R U [V] U A B C U U [V] strmost lineární části je úměrná napěťovému zisku A u ~ - g m R U = U E F U U < U T U T U =U - U T U [V]

14 Cíl: Měření převodní charakteristiky invertoru změřit převodní charakteristiky invertoru s tranzistorem MOFET B170F pro různé hodnoty zatěžovacího odporu R, vykreslit grafy jejich charakteristik v Excelu (list InvertorMěření) a určit parametry U T, R on, A u. Katalogový list tranzistoru B170F PARAMETRY@podmínky U rain-ource Voltage 60 V I T amb = 25ºC Continuous rain Current 0.15 A I M Pulsed rain Current 3 A U ate ource Voltage ±20 V P tot T amb = 25ºC Power issipation 330 mw BU I =100μA, U =0V rain-ource Breakdown Voltage V U (th) I =1mA, U =U ate-ource Threshold Voltage V I U =15V, U =0V ate-body Leakage 10 na R (on) U =10V, I =200mA tatic rain-ource On-tate Resistance 5 Ω g fs U =10V, I =200mA Forward Transconductance 200 m C U =10V, U =0V, =1MHz Input Capacitance 60 pf t d(on) U =15V, I =600mA Turn-On elay Time 10 ns t d(off) U =15V, I =600mA Turn-Off elay Time 10 ns

15 Princip měření U I [ma] U =U - U T E U [V] U /R B170 R V V U = U C B A POZOR!! Charakteristika je nelineární. Je třeba změřit dostatek hodnot mezi body A-E. U [V] U A B C U U [V] trmost lineární části je úměrná napěťovému zisku A u ~ - g m R E U U < U T U T U =U - U T U [V]

16 Přípravek pro měření převodní charakteristiky invertoru s tranzistorem MOFET regulace U volba odporu R propojit B170F

17 Přístroje používané v A8B32IE Zdroj stejnosměrného napětí Oba přepínače vypnuté (= nezávislé zdroje U 1 a U 2 ) U 2 U 1 VYPÍNAČ U 2 KOTRA PŘÍTROJE NEPOUŽÍVAT U 1 Pevné napětí 5V/3A NEPOUŽÍVAT nelze nastavit proudové omezení A8B32IE Elektronické prvky charakteristiky, parametry, aplikace 17

18 Multimetry voltmetr, ohmmetr Přístroje používané v A8B32IE V, Ω A8B32IE Elektronické prvky charakteristiky, parametry, aplikace V, Ω 18

19 Multimetry ampérmetr Přístroje používané v A8B32IE A A8B32IE Elektronické prvky charakteristiky, parametry, aplikace A 19

20 Zapojení pro měření převodní charakteristiky U = 15V R 1 R U V 100k 100k B170 V U regulace U R = 1k U CC =15V V U V U

21 Zpracování výsledků list InvertorMěření Odhadnout prahové napětí tranzistoru B170 Pro vybrané R doplnit naměřené souřadnice U a U převodní charakteristiky Určit R on a A u