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 R CEON y 21 U CE I C U GE C I kanál U CE U GE U GC I C P tot t j R CEOFF ma/ V V ma V pf KF521 N 20V 20V - 10mA 100mW 150 C 230-300 2,5-6 5-6 3 10 8-10 9 3,5 0,1 KF522 P -32V -40V -40V -50mA 200mW 125 C 110-150 2-5 -10-10 -10 3 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 KF 521 U S = 5 V U D = 4,.5 V U S = 10 V U D = 10,5 V U B = U S ( 5 V ) 15 V U B = 0 V U S ( 10 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 U S = 11 V U S = 2 V U D = 2 V - U S (11 V) U G = 3 V - 8 V U D = U S (2 V) - 12 V U G = 1,5 V - 5 V 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 U S = 12 V U S = 3 V U D = 2 V U D = 12 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 Ugs = 0V Ugs = 1V Ugs = 2,5V Uds [V] Id [ma] Uds [V] Id [ma] Uds [V] Id [ma] Uds [V] Id [ma] 0.5 0.0 0.1 0.5 0.6 4.2 0.0 0.3 1.9 0.1 1.3 2.2 1.1 5.8 0.7 5.4 3.2 0.1 3.1 2.6 2.0 6.6 1.1 6.9 5.4 0.1 5.0 2.9 2.8 6.9 1.9 7.9 8.0 0.1 5.7 3.0 3.9 7.0 2.7 8.1 9.7 0.1 6.9 3.1 4.8 7.2 3.6 8.3 10.0 0.1 8.7 3.3 5.8 7.3 4.6 8.5 9.8 3.4 6.7 7.4 5.6 8.6 10.0 3.4 7.7 7.5 6.6 8.7 U BS [V] U T [V] 0-1.62-2 -0.78-4 -0.34-6 -0.4-8 0.227-10 0.44
8. Grafy Výstupní charakteristiky Id [ma] 10 8 6 4 2 0-1,5 V 0 2 4 6 8 10 12 UDS [V] 1V 2,5 V 0 V UGS [V] Odpor kanálu 1000000 100000 RDS [Ω] 10000 1000 100 10 1-3 -1 1 3 5 7 UGS [V]
Prahové napětí 1 0.5-10 -8-6 -4-2 0-0.5 0 UT [V] -1-1.5 UBS [V] -2 8. Závěr Při nastavení pracovního bodu, jenž je uveden v katalogovém listě, jsme naměřili diferenciální strmost přibližně y 21 = 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 U DS = 2V. V oblasti do 2 V se tedy tranzistor chová jako lineární.