ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Ток стока ПТ зависит как от значения, так и от полярности напряжений сток — исток и затвор — исток. При постоянном смещении на затворе увеличение напряжения на стоке от нуля вызывает резкое возрастание тока стока, которое продолжается до наступления насыщения тока стока. Затем ток устанавливается и остаётся относительно постоянным. Эта зависимость показана на рис. 3, а для типичного полевого прибора с p-n-переходом. Для сравнения на рис. 3, б приведены коллекторные характеристики биполярного транзистора.

Характеристики транзисторов обоих видов похожи друг на друга, за исключением того, что у биполярного транзистора перегиб характеристик происходит при значительно более низких напряжениях на коллекторе.

На выходной характеристике ПТ можно выделить две характерные области (рис. 4). При малых напряжениях сток — исток (область АВ) сопротивление канала имеет омический характер, и ток может протекать в обоих направлениях. В этом состоит отличие полевых транзисторов от электронных ламп, в которых поток электронов всегда имеет одно направление — от катода к аноду. Рабочая область АВ выходной характеристики ПТ используется в том случае, когда полевой транзистор применяется в схеме в качестве переменного сопротивления, управляемого напряжением (аттенюаторы, регуляторы АРУ).

Рис. 3. Выходные характеристики транзисторов, а — ПТ с p-n-переходом; б — биполярного транзистора.

В области насыщения тока (область ВС на рис. 4) часть канала обеднена носителями заряда из-за влияния электрического поля между затвором и каналом, благодаря чему сопротивление канала становится значительным. Дальнейшее увеличение напряжения между стоком и истоком в этой области вызывает относительно небольшое изменение тока стока, который практически будет зависеть только от напряжения на затворе [1].

Рис. 4. Выходная характеристика ПТ при U_з.и=0

Характерной особенностью полевых транзисторов является то, что напряжение, соответствующее точке B характеристики (точка перегиба характеристики на рис. 4, после которой идёт область насыщения), при напряжении на затворе, равном нулю, численно равно напряжению отсечки и называется напряжением насыщения.

Входные характеристики полевого транзистора существенно отличаются от характеристик биполярного транзистора. Входные характеристики последнего подобны характеристикам открытого полупроводникового диода, в то время как у полевого транзистора они подобны характеристикам запертого диода (смещённого в обратном направлении). Поэтому ток затвора очень мал. Он равен нескольким наноамперам (для ПТ с управляющим p-n-переходом) при температуре 25°С и экспоненциально зависит от температуры.

Рис. 5. Проходные характеристики ПТ при различной температуре.

Проходная характеристика, показывающая зависимость тока стока от напряжения на затворе, изображена на рис. 5. С достаточной для практических расчётов точностью проходная характеристика полевого транзистора определяется выражением (1), т. е. носит квадратичный характер. Эта особенность проходной характеристики используется в преобразователях частоты для уменьшения перекрёстной модуляции и помех от гармоник гетеродина.

PREV CONTEXT NEXT

Вольтамперные характеристики нелинейных элементов

Список возможных экспериментов	Состав	Артикул
1.Снятие вольтамперных характеристик диодов  2.Снятие характеристик транзистора  3.Снятие характеристик полевого транзистора	Полевой транзистор BF 244 STE 4/50	57877
	Растровая панель с разъемами DIN A4	57674
	Кремниевый (Si) диод  1N 4007	57851
	Резистор 100 Ом, 2 Вт	57732
	Резистор 1 кОм, 2 Вт	57744
	Резистор 47 кОм, 0,5 Вт	57764
	Потенциометр 220 Ом, 3 Вт	57790
	Потенциометр 1 кОм, 1 Вт	57792
	Источник питания постоянного тока 0-±15 В	52145
	Трансформатор 6/12 В	521210
	Экранированный кабель BNС/4 мм, отдельный штекер для экранировки, длина 1,15 м	57524
	Мультиметр 2 LDаналог 20	531120
	Набор из 10 соединительных разъемов	50148
	Пара кабелей 50 см, красный/синий	50145
	Соединительный провод 50 см синий	500422
	Транзистор BD 137, эмиттер снизу PNР	57868
	AC/DC источник питания 0. .12 В/3А	521485
	Пара кабелей 50 см красный/синий	50145
	Транзистор BD 137, эмиттер снизу NРN	57867
	Двухканальный осциллограф

Использование вольт-амперных характеристик для улучшенного проектирования печатных плат

Ключевые выводы

• Каковы распространенные типы вольт-амперных характеристик?

• Как вольт-амперные характеристики используются при проектировании печатных плат?

• Как наилучшим образом использовать вольт-амперные характеристики при проектировании печатных плат.

Измерение ВАХ на печатной плате.

Некоторым может показаться, что я выбрал живописный путь, чтобы стать инженером. Однако, оглядываясь назад, я думаю, что время, которое я провел в качестве технического специалиста, не только заложило прочную основу в области электроники, что облегчило переход, но также открыло мне глаза на то, что происходит после этапа проектирования. Для некоторых проектов очевидно, что последующие действия (такие как производство, тестирование, техническое обслуживание и устранение неполадок) не учитывались на этапе проектирования. А для других, ну, лучшие обычно легко определить из-за простоты последующих задач и отсутствия серьезных проблем.

Наиболее важными электрическими параметрами печатной платы являются напряжения, токи и импедансы. Все другие электрические значения являются производными или могут быть определены из них. При проектировании печатной платы необходимо знать, какими должны быть входные и выходные напряжения и токи. Однако существуют и другие конструкции (например, при наличии встроенных источников), в которых простое знание ввода-вывода недостаточно или неадекватно. В этих случаях требуется более комплексная или улучшенная конструкция, и эта цель может быть достигнута за счет эффективного использования вольт-амперных характеристик вашей платы, как мы обсуждаем в этой статье.

 

Что такое вольтамперные характеристики?

Начнем с определения:

Вольт-амперная характеристика, или вольт-амперная характеристика, иллюстрирует взаимосвязь между током, проходящим через компонент, устройство, цепь или систему, и напряжением на нем. Эта характеристика является удобным средством оценки изменения проводимости (или, наоборот, импеданса) анализируемого элемента.

Как указано в приведенном выше определении, все электрические элементы или системы могут характеризоваться вольт-амперной характеристикой. Эта полезность не осталась незамеченной разработчиками продуктов, использующих электричество. Фактически, кривая ВАХ является важным инструментом для проектирования и тестирования практически всех электронных и/или электрических систем, в том числе установленных на печатных платах.

Как обычно используются ВАХ при проектировании печатных плат?

Хорошие печатные платы начинаются с эффективной схемы, и самое важное решение, которое принимается на этом начальном этапе проектирования платы, — какие компоненты использовать. Чтобы выбрать лучшие компоненты для проектирования, крайне важно иметь подробные эксплуатационные данные для разумной оценки производительности. Важнейшей частью этих данных является вольтамперная характеристика. Кривые ВАХ необходимы для пассивных электронных компонентов, но необходимы для оценки активных частей и устройств, таких как операционные усилители и транзисторы, пример которых показан на рисунке ниже.

Пример ВАХ транзистора.

Использование ВАХ является обязательным требованием для выбора компонентов при построении схемы, однако эти аналитические инструменты также можно использовать на этапе компоновки платы, как описано ниже.

Как использовать вольт-амперные характеристики для улучшения конструкции печатной платы

Как указано в приведенном выше определении, ВАХ иллюстрируют уровень согласованности проводимости или импеданса анализируемого элемента или системы. Таким образом, эти характеристики являются одним из лучших инструментов для определения диапазона ввода-вывода для элементов и печатной платы, который можно использовать для обеспечения безопасного соответствия маршрутов трассировки и соединителей эксплуатационным целям. Для плат высокой мощности, конструкций, в которых источники питания находятся на плате и/или распространяются высокоскоростные радиочастотные сигналы, материалы корпуса и импедансы становятся более важными; в частности, выбор материалов слоя на основе диэлектрической проницаемости, как показано ниже, необходим для управления импедансом платы.

Слои стека печатных плат Диэлектрические характеристики.

Используя импедансы, определяемые по ВАХ, для разводки дорожек и выбора характеристик стека, вы можете повысить технологичность и надежность вашей платы. Одним из лучших способов оценки вольт-амперных характеристик является моделирование, для которого требуется, чтобы ваш пакет проектирования и анализа печатных плат обладал этой возможностью. Промышленным стандартом моделирования аналоговых/смешанных сигналов является PSpice компании Cadence. С помощью этого инструмента можно легко проанализировать ВАХ для компонентов, корпусов, устройств и плат, что позволит вам разработать наилучшую конструкцию платы для вашей ситуации.

Если вы хотите узнать больше о том, как у Cadence есть решение для вас, обратитесь к нам и нашей команде экспертов.

Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.

Подпишитесь на LinkedIn Посетите вебсайт Больше контента от Cadence PCB Solutions

УЧИТЬ БОЛЬШЕ

Определение ВАХ с помощью осциллографа

Определение ВАХ с помощью осциллографа | Rohde & Schwarz

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить полный доступ к платформе Knowledge+!

Я хочу создать учетную запись

Зарегистрироваться

или

У меня уже есть учетная запись

Войти

Твое задание

Неисправные компоненты можно быстро определить, проанализировав их вольт-амперные характеристики. Особенно удобен для этой цели тестер компонентов. Это облегчает быстрое тестирование конденсаторов, резисторов, транзисторов, тиристоров, катушек индуктивности, стабилитронов, других диодов и цепей, состоящих из этих компонентов, таких как выпрямители. Однако во многих случаях тестер компонентов недоступен.

Контрольно-измерительное решение

Осциллографы R&S ^® RTC1000 имеют встроенный тестер компонентов. Он состоит из генератора сигналов, который подает синусоидальный сигнал частотой 50 Гц или 200 Гц с определенной амплитудой (макс. 9 В) и ограниченным током (макс. 10 мА) на ИУ. В этом режиме осциллографы используют аналого-цифровой преобразователь для оцифровки сигналов, на которые влияет компонент, и отображения их в виде сигнала зависимости тока от напряжения.

Принцип действия

Принцип работы можно легко проиллюстрировать на примере линейного пассивного компонента. На рис. 1 показана вольт-амперная характеристика резистора 2,1 кОм, подключенного к тестеру компонентов. Хорошо видно линейное поведение компонента. Ток растет линейно с ростом напряжения. Например, ток составляет примерно 2 мА при напряжении 4 В. По закону Ома значение сопротивления составляет примерно 2 кОм.

Линейную зависимость между током и напряжением с реальным сопротивлением можно проверить с помощью второго резистора. На рис. 2 показана вольт-амперная характеристика другого компонента, подключенного к тестеру компонентов. Более крутой наклон характеристики означает, что при том же напряжении протекает больший ток, чем при использовании резистора 2,1 кОм. По закону Ома сопротивление второго компонента меньше. Ток на 0,9V составляет примерно 8 мА. Результатом является значение сопротивления приблизительно 110 Ом. Тестер компонентов осциллографов R&S®RTC1000 также может отображать характеристики нелинейных пассивных компонентов, таких как конденсаторы. На рис. 3 показан конденсатор емкостью 0,1 мкФ, подключенный к тестеру и первоначально возбуждаемый сигналом частотой 50 Гц. Нелинейную характеристику легко распознать по эллиптической форме полученной кривой.

Зависимость ВАХ от частоты можно проиллюстрировать, просто изменив частоту стимула на 200 Гц. Реактивное сопротивление конденсатора можно рассчитать по следующей формуле:

Это означает, что при постоянной емкости реактивное сопротивление падает с увеличением частоты. Кривая на рис. 4 показывает результат возбуждения конденсатора 0,1 мкФ сигналом частотой 200 Гц. Заметно меньшая эллиптическая форма соответствует формуле для расчета реактивного сопротивления конденсатора.

Тестер компонентов можно дополнительно использовать для отображения квазистатических характеристик активных компонентов, таких как диоды. В статических условиях простой кремниевый диод начинает проводить ток в прямом направлении при напряжении около 0,4 В. На рис. 5 показано это типичное поведение. Ток очень быстро возрастает выше напряжения примерно 0,5 В.

Вольт-амперные характеристики сложных компонентов, таких как стабилитроны, также можно легко отображать и анализировать с помощью тестера компонентов R&S®RTC1000 (см. рис. 6).

Open Lightbox

Рис. 1: ВАХ резистора 2,1 кОм.

Open Lightbox

Рис. 2: ВАХ резистора 110 Ом.

Open Lightbox

Рис. 3: ВАХ конденсатора емкостью 0,1 мкФ при частоте входного сигнала 50 Гц.

Открыть лайтбокс

Рис.