Простая схема превращает осциллограф и генератор в характериограф для полевых транзисторов

Texas Instruments LM358

Журнал РАДИОЛОЦМАН, март 2018

Bill Reeve

Electronic Design

Коммерческие характериографы существуют уже много десятков лет. Разработчики, которым эти приборы недоступны, могут собрать простую схему, способную с помощью функционального генератора и осциллографа формировать графики передаточных (проходных) и выходных характеристик полевых транзисторов с p-n переходом. Кроме того, схема может управляться компьютером, чтобы программно отображать и регистрировать результаты измерений.

Используя эти графики, разработчики могут подбирать пары транзисторов, определять их крутизну и выходное сопротивление, чтобы точно установить напряжения в усилителях на полевых транзисторах. Эти кривые полезны также потому, что параметры полевых транзисторов имеют очень большой производственный разброс, даже в пределах одной партии приборов, а также потому, что в справочных материалах в одних случаях могут быть представлены комбинации типичных зависимостей, а в других графики каких-либо зависимостей могут вообще отсутствовать.

Схема формирует две кривых, описывающих поведение полевого транзистора. График передаточной характеристики отображает зависимость тока сток-исток (IDS) от напряжения затвор исток (VGS) при фиксированном напряжении сток-исток (VDS), а выходная характеристика показывает зависимость тока IDS от напряжения VDS при фиксированном напряжении VGS.

Схема представляет собой простой трансимпедансный усилитель, преобразующий ток IDS проверяемого устройства (DUT) в выходное напряжение (Рисунок 1). С помощью операционного усилителя (ОУ) U1A напряжение на истоке тестируемого транзистора поддерживается равным нулю. Это происходит за счет тока IDS проверяемого транзистора, падение напряжения от которого на резисторе R1 создает отрицательное смещение на эмиттере Q1, равное IDS×R1. Операционный усилитель U1B инвертирует это напряжение и буферизует его для вывода на осциллограф с масштабом 1 мА или 10 мА на вольт.

Простая схема превращает осциллограф и генератор в характериограф для полевых транзисторов
Рисунок 1. Схема характериографа представляет собой простой трансимпедансный усилитель,
преобразующий ток IDS проверяемого устройства в выходное напряжение.

Скриншот экрана осциллографа на Рисунке 2 демонстрирует передаточную характеристику n-канального полевого транзистора 2N5457. На нижней половине экрана видна стандартная развертка напряжения во времени, а на верхней – те же данные, представленные в виде графика XY. На верхней осциллограмме (канал 1) напряжение VGS – это синусоидальный сигнал с выхода функционального генератора, изменяющийся между уровнями 0 и –2.5 В.

Простая схема превращает осциллограф и генератор в характериограф для полевых транзисторов
Рисунок 2. Пример передаточной функции n-канального полевого транзистора 2N5457
на графике XY (в верхней части рисунка). График основан на зависимости от
времени напряжения VGS (канал 1) и тока IDS (канал 2). Напряжение VDS здесь
поддерживается на уровне 0 В.

Выходное напряжение схемы пропорционально току IDS (канал 2, нижняя осциллограмма), величина которого изменяется от 0 до 3 мА. В этом случае напряжение VDS устанавливается равным 15 В. График в координатах XY представляет передаточную кривую полевого транзистора, из которой можно определить ток IDS и напряжение отсечки, составляющие 3 мА и –1.25 В, соответственно.

Осциллограммы на Рисунке 3 показывают выходную характеристику для того же полевого транзистора. Синусоидальное напряжение VDS, получаемое от генератора функций (канал 1, верхняя осциллограмма), изменяется между уровнями 0 и 8 В. Ток IDS полевого транзистора (канал 2, нижняя осциллограмма), меняется в диапазоне от 0 до 3 мА. При этом напряжение VGS остается равным 0 В.

Простая схема превращает осциллограф и генератор в характериограф для полевых транзисторов
Рисунок 3. Здесь показан график другой характеристики транзистора – выходной.
Канал 1 осциллографа отображает напряжение VDS, а канал 2 – ток IDS.
В этом случае напряжение VGS остается равным 0 В.

График XY на Рисунке 3 представляет одну из выходных характеристик полевого транзистора. Точка перегиба характеристики, где кривая из почти линейной превращается в почти плоскую, соответствует напряжению отсечки VPO. Крутизна наклона «почти плоской» части кривой обратно пропорциональна выходному сопротивлению полевого транзистора.

Область слева от VPO называют «омической» областью, где полевой транзистор может использоваться как переменный резистор. Область справа от VPO соответствует режиму «насыщения» транзистора, в котором ток стока управляется напряжением VGS. Сформировать семейство выходных характеристик можно, меняя VGS от нуля до напряжения отсечки, которое для данного устройства равно –1.25 В.

Если вы испытываете только n-канальные полевые транзисторы, между входом VDS и землей можно включить диод Шоттки, который защитит транзистор от неправильной полярности напряжения на затворе.

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: Simple circuit turns scope, function generator into JFET curve tracer

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

8 предложений от 7 поставщиков
Операционные усилители 1.2-MHz industry standard dual-channel amplifier with -40 C to 85 C operation 8-VSSOP -40 to 85
LM358BIDGKR
Texas Instruments
от 8,10 ₽
Триом
Россия
LM358DR
Texas Instruments
8,24 ₽
AliExpress
Весь мир
LM358A LM358AD LM358ADR ME4542 4542 MC34072 MC34072DR2G 34072 СОП-8 SOP8
12,59 ₽
Десси
Россия
Операционный усилитель LM358G SOP-8 T/R
Unisonic Technologies
14,43 ₽
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя