Praktikum Elektronik 2

Transkript

1 Versuch : Kennlinien u. Kenndaten von Feldeffekttransistoren Fassung vom Versuchsdatum: Gruppe: Teilnehmer: Semester: 1. Vorbereitung. (Vor Beginn des Praktikums durchzuführen!) 1.1 Informieren Sie sich bitte sehr sorgfältig über das Thema Feldeffekt- Transistoren anhand Des Skriptums zu Elektronik Studieren Sie gründlich die im Anhang beigefügten Datenblätter zu den im Praktikum verwendeten FET- Typen BF245A (JFET) und BS108G (MOSFET) 1.3 Die in den Datenblättern angegebenen Grenzwerte dürfen keinesfalls überschritten werden! Überlegen Sie deshalb vorher, wie groß Ströme und Spannungen werden dürfen. Stellen Sie sicher, daß beim Zuschalten von Spannungen der Transistor nicht überlastet wird und schätzen Sie bei jedem Versuchspunkt die im FET umgesetzte maximale Verlustleistung ab! (evtl. Datenblätterwerte heranziehen!) 1.4 Schaltzeichenerklärung: Uo Frequenzgenerator Zur Erzeugung einer Dreieckspannung Konstantspannungsquelle X- Verstärker Y -Verstärker Zweikanal- Oszilloskop zur XY- Darstellung (Kennlinie) Testat: (Datum, Namenszeichen)

2 1.5 Verbinden Sie unter Punkt 2 jeweils die gezeichnete Meßschaltung mit den 2 Eingangs- Kanälen des Oszilloskops. Alle Kennlinien werden im xy- Modus des Oszilloskops aufgenommen. Stellen Sie zuerst im Zeitbereich die richtigen Signale ein und achten Sie darauf, daß nur eine Periode vollständig angezeigt wird. 2.1 Sperrschichtfeldeffekttransistor (JFET) a) Übertragungskennlinie I D = f(u GS ), U DS = Konstant Nehmen Sie jeweils in ein Diagramm die Übertragungskennlinie für drei Werte von U B (15V, 7V, 3V), bei Raumtemperatur (T u ) zwei Umgebungstemperaturen T (Raumtemperatur, Kältespray), bei U B = 15Vauf. Meßschaltung: Meßfrequenz circa 200Hz Diagramm mit U B als Parameter, T = T u : hier einkleben Feldeffekttransistoren Fassung vom Seite 2 von 12

3 Diagramm mit T als Parameter, U B = 15V : hier einkleben Feldeffekttransistoren Fassung vom Seite 3 von 12

4 b) Ausgangskennlinienfeld I D = f(u DS ), U GS = konstant Nehmen Sie für drei verschiedene Gatespannungen U GS die zugehörigen Kennlinien I D = f(u DS ) in ein gemeinsames Diagramm auf. Meßschaltung: Meßfrequenz circa 200Hz, U B 5V, U G max = 15V Diagramm: hier einkleben Feldeffekttransistoren Fassung vom Seite 4 von 12

5 3. Auswertung zu 2.1: Alle Oszillogramme müssen komplett beschriftet sein! Benützen Sie für Erläuterungen die Rückseiten dieser Aufgabenblätter. Verwenden Sie einige Sorgfalt auf Ihre Formulierungen. 2.1 Sperrschichtfeldeffekttransistor: Zu 2.1a, Übertragungskennlinie I D = f (U GS ), U DS = konstant. Ermitteln Sie jeweils den Strom I DSS und die Pinch Off Spannung U GSP Entnehmen Sie den aufgenommenen Kennlinien die Steilheiten g m für die jeweils durch I D = IDSS 2 und I D = I DSS festgelegten Punkte. Geben Sie eine physikalische Erklärung für die Beobachtung, daß bei der Übertragungskennlinie im Sättigungsgebiet mit steigenden U DS auch der Strom I D leicht anssteigt. (bei konstandem U GS ) Welche charakteristischen Veränderungen sind bei der Übertragungskennlinie qualitativ zu beobachten, wenn die Temperatur des JFET erniedrigt wird? (im Versuch: Kältespray) Erläutern Sie die hierfür relevanten physikalischen Effekte. Zu 2.1b, Ausgangskennlinienfeld I D = f (U DS ), U GS = konstant. Unterscheiden und markieren Sie Trioden und Sättigungsbereich. Ermitteln Sie für jede aufgenommene Kennlinie den Ausgangswiderstand r DS des JFET im Sättigungsgebiet. Ermitteln Sie für jede der aufgenommenen Kennlinien den Widerstand R DSon = f (U GS ) im Triodenbereich (U DS < < U DSsat ) Erläutern Sie, weshalb der JFET in diesem Bereich einen näherungsweise konstanten niederohmigen Widerstand darstellt. Feldeffekttransistoren Fassung vom Seite 5 von 12

6 2.2 Isolierschichtfeldeffekttransistor (MOSFET) a) Übertragungskennlinie I D = f (U GS ), U DS > U DS sat Erhöhen Sie die Generatoramplitude U G vorsichtig soweit, daß der Drainstrom I D den Wert von 15mA nicht überschreitet. Welche maximale Momentanleistung P m (t) könnte bei dieser Anordnung im FET prinzipiell umgesetzt werden? Antwort: Stellen Sie die Übertragungskennlinie bei zwei Temperaturen dar (Raumtemperatur, Kältespray) Meßschaltung: Meßfrequenz circa 200Hz, U B = 15V Diagramm: hier einkleben Feldeffekttransistoren Fassung vom Seite 6 von 12

7 b) Ausgangskennlinienfeld I D = f (U DS ), U GS = konstant Nehmen Sie für drei verschiedene Gatespannungen U GS die Kennlinie in ein gemeinsames Diagramm auf. Auch hier soll I d = 15mA nicht überschritten werden. Meßschaltung: Meßfrequenz circa 200Hz, U B 3V, U G max = 15V Diagramm: hier einkleben Feldeffekttransistoren Fassung vom Seite 7 von 12

8 Auswertung zu 2.2: 2.2 Isolierschicht Feldeffekt Transistor (MOSFET) Zu 2.2.a, Übertragungskennlinie I D = f (U GS ), U DS > U DSsat Ermitteln Sie für jede der bei zwei unterschiedlichen Temperaturen aufgenommenen Kennlinien die Steilheit g m beim Strom I D = 10mA Zu 2.2.b, Ausgangskennlinienfeld I D = f (U DS ), U GS = konstant. Unterscheiden und markieren Sie Trioden und Sättigungsbereich. Ermitteln Sie für die oberste aufgenommene Kennlinie den Ausgangswiderstand r DS des MOSFET im Sättigungsbereich. Entnehmen Sie für jede Kennlinie den Widerstand R Dson = f (U GS ) für U DS <<U DSsat Erläutern Sie, weshalb der MOSFET in diesem Bereich näherungsweise einen konstanten Widerstand darstellt. Überprüfen Sie, ob die Beziehung gilt: 1 R DS (Trioden- Bereich) (Sättigungsbereich) gm Feldeffekttransistoren Fassung vom Seite 8 von 12

9 Anhang / BF 245 A Feldeffekttransistoren Fassung vom Seite 9 von 12

10 Anhang / BF 245 A Feldeffekttransistoren Fassung vom Seite 10 von 12

11 Anhang / BF 245 A Feldeffekttransistoren Fassung vom Seite 11 von 12

12 Anhang / BS108 Feldeffekttransistoren Fassung vom Seite 12 von 12