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TP 4. Etude dun transistor JFET

Par Dimitri galayko

Unite denseignement Elec-info

pour master ACSI a` lUPMC

Octobre-decembre 2005

1 Introduction

Dans ce TP nous allons etudier un transistor appartenant a` la familledes transistors a` effet de champ, un transistor a` jonction couramment ap-pele JFET (comme Junction Field Effect Transistor). Sa structure est unpeu differente de celle du transistor MOSFET a` enrichissement que nousavons etudie en cours et qui est utilise dans les circuits integres. Cependent,le principe de fonctionnement de tous les transistors a` effet de champ estsensiblement le meme : un controle de la conduction du canal par la tensionentre la grille et la source.

Un transistor JFET a les memes caracteristiques quun transistor MOS-FET a` enrichissement que nous avons etudie en cours, a` ceci pre`s que latension de seuil Uth est negative, et lorsque la tension grille-source est nulle,la conduction du canal est maximale. Pour bloquer le transistor, i.e. pourfaire disparatre le canal, il faut appliquer une tension UGS negative. A` partcela, le comportement et les caracteristiques des transistors de deux typessont les memes.

Autrement dit, un transistor JFET se comporte de la meme manie`requun transistor MOSFET a` appauvrissement, i.e. un transistor MOSDETdans lequel un canal conducteur est implemente a` letape de la fabrication.

Nous montrons un exemple des caracteristiques de transmission et desortie dun transistor JFET (figure 1).

Dans ce TP nous allons etudier les caracteristiques dun transistor JFETet nous allons voir comment il peut etre utilise pour une amplification designal.

1

2 0

0.5

1

1.5

2

0 5 10 15 20I D

, A

UDS, V

Famille des caractristiques de sortie dun transistor

UGS=5 VUGS=4 V

UGS=3 V

UGS=2 V

UGS=1 V

UGS=0 V

0

0.5

1

1.5

2

7 6 5 4 3 2 1 0 1

I D, A

UGS, V

Caractristique de sortie dun transistor en rgime de saturation

Fig. 1 Caracteristiques dun transistor JFET. Notez que UGS esttoujoursnon-positive.

2 Etude des caracteristiques statiques dun

transistor JFET

Nous allons mesurer les caracteristiques statiques dun transistor JFETen utilisant les sources de tension continue reglables et le multime`tre dontchaque poste est equipe (figure 2). Rappelons, quune caracteristique sta-tique et une fonction algebrique reliant deux ou plusieurs grandeurs. On lamesure en regime de courant continu : on applique les tensions et les courantscorrespondant aux arguments, et on mesure, avec un voltme`tre ou avec unampe`reme`tre, la valeur de la grandeur de sortie. On constitue ainsi une tablede valeurs que lon utilise ensuite pour tracer un graphique.

Nous utilisons un transistor BF245B dont les fiches techniques sont donneesdans lannexe. Cest un transistor avec un canal n.

Dimitri galayko UPMC, Master ACSI UE Elec-info, M1

3V VSD

G

AID

UGS

UDS

Fig. 2 Schema de mesure des caracteristiques statiques. Attention ! Latension grille-source UGS est non-positive !

Attention !Les tensions grille-source et grille-drain dun transistorJFET avec un canal n ne doivent jamais etre positives !A` la difference dun transistor MOSFET, dans un tran-sistor JFET la grille est isolee du canal non pas par unecouche doxyde, mais par une jonction pn polarisee a` lin-verse. Si jamais le potentiel du canal (de type n) est plusbas que le potentiel de la grille (de type p), la diode grille-canal devient passante : la structure peut se deteriorer.

2.1 Caracteristiques de sortie

Mesurez la caracteristique de sortie pour les UGS suivants : 0 V, -2 V, -4V en faisant varier la tension UDS entre 0 et 16 V : avec un pas de 1 V entre0 et 5 V, et avec un pas de 2 V entre 6 et 16 V.

Estimez la resistance de sortie petit signal en regime de saturation.

2.2 Caracteristique de transmission

En fixant la tension UGS a` 15 V, mesurez la caracteristique de transmis-sion en faisant varier la tension UGS entre 0 et -8 V avec un pas de 1 V. Endeduisez la tension de seuil, i.e. la tension qui bloque le transistor.

A` partir de ces donnees, estimez la transconductance petit signal gm enetudiant la zone la plus lineaire de la caracteristique de transmission.


4UDDUDD

Uout

Uin

R

IDID

Fig. 3 Schema de lamplificateur pour une caracterisation en regime sta-tique.

3 Etude dun etage a` source commune

3.1 E`tude de caracteristique de transmission

Nous allons maintenant etudier un etage damplification a` source com-mune contenant une resistance en serie avec le canal (dipole drain-source) dutransistor (figure 3).

1) En prenant R=4.7 kOhms et en appliquant la tension dalimentationUDD = +15V , tracer la caracteristique de transmission en regime de cou-rant continu (tension de sortie en fonction de la tension dentree). Pour celaappliquez les tensions Uin entre -5V et 0V avec un pas de 0.5 V. Tracer legraphique de la caracteristique.

2) Identifier les zones de fonctionnement. Quelle zone va-t-on choisir poureffectuer une amplification lineaire dune tension variable ? Quel est le gaindun tel amplificateur ? Ou` placera-t-on le point de fonctionnement ? Quelleest lamplitude maximale de la tension sinusodale que lon pourra amplifieravec un tel amplificateur ?

3.2 Realisation dun amplificateur de tension

On va superposer sur la tension continue Uin une tension sinusodale uin.Pour cela on branche le generateur de tension sinusodale en serie avec lasource de tension continue (figure 4). On fixe la frequence de la sinusode a`500 Hz.

1) Reglez lamplitude de la tension sinusodale de sorte a` ce quelle balaiela plage des tensions dentree entre 0 et 5 V. Afficher simultanement la tension


5UDCin

UDD

RS

Generateur

50

uin

ID

UDD

Uout

Uin

R

ID

Fig. 4 Schema de lamplificateur pour une caracterisation en regime dyna-mique.


6de sortie sur la voie 1 de loscilloscope, la tension dentree sur la voie 2.Activez le mode XY de loscilloscope et observez le trace de la caracteristiquede transmission. Comparez avec la caracteristique de transmission que vousavez mesuree manuellement.

2) Faites revenir loscilloscope en mode normal, tout en affichant en memetemps les tensions dentree et de sortie.

Reglez la tension generee par la source continue au niveau necessairepour assurer un fonctionnement lineaire (cette tension doit avoir ete cal-culee precedemment). Reglez lamplitude de la tension dentree a` la va-leur maximale pour laquelle une amplification lineaire est possible (calculeeprecedemment). Observez la tension de sortie : vous devez voir une ondesinusdale non-deformee ou faiblement deformee.

En calculant la relation entre les amplitudes des deux ondes, estimez legain et comparez le avec la valeur deduite du graphique de la caracteristiquede transmission.

3) Augmentez lamplitude de la tension sinusodale : comment evolue laforme donde de la tension de sortie ?


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