Wielkim problemem w przypadku tranzystorów złączowych FET jest fakt, iż rozrzut parametrów tych tranzystorów jest ekstremalnie duży. Nawet fabrycznie dobrane pary jak LSK389A mogą się różnić: Vgs o 15mV, Idss o 10%. A i jeszcze są nie do kupienia w Polsce.
Zatem jeśli chcemy mieć perfekcyjnie spasowaną parę tranzystorów JFET, musimy ją sparować sami. Przedstawione będą różne metody pomiaru i porównywania tranzystorów. Dokładność sparowania tym razem będzie w dużej mierze zależeć od dokładności użytego multimetru.
Rozrzut parametrów tranzystorów JFET jest dość znaczny, dlatego może być konieczne zakupienie ich większej ilości.
Pomiar Idss
Na poniższym schemacie jest przedstawiona podstawowa metoda pomiaru Idss dla tranzystorów JFET z kanałem N i P. Jak widać, różnica jest tylko w polaryzacji tranzystora.
Przy wartości rezystancji 100Ω i tolerancji rezystora 0,1% możemy zmierzyć wartość Idss z błędem w teorii 100nA, przy założeniu, iż nasz woltomierz ma błąd pomiaru nie większy niż 0,1%. W praktyce sparowanie ich w granicy 1mA wystarcza dla większości zastosowań, 10µA (1mV na woltomierzu) będzie aż nadto wystarczyć.
Oczywiście można w miejscu rezystora wpiąć miliamperomierz, ale w praktyce pomiar prądu multimetrem jest mniej dokładny od pomiaru napięcia.
Idss można porównywać stosując układ przedstawiony poniżej.
Tym razem każde 100µV różnicy w napięciu to 1µA różnicy w Idss. Błąd wyniesie 200nA. W przypadku tranzystorów JFET-P trzeba odwrócić polaryzację zasilania.
Pomiar Vgs i Vgsoff w celu późniejszego porównania
Poniższy układ opracowany na podstawie rozwiązania stosowanego przez hobbystów budujących wzmacniacze audio pozwala zmierzyć zarówno wartość napięcia odcięcia, czyli Vgsoff, ale też napięcia Vgs w punkcie pracy z prądem 600µA dla tranzystorów JFET-N. Dokładność pomiaru zależy tylko od dokładności miernika, którego użyjemy. W moim przypadku będzie to 1mV przy Vgs powyżej -2V i 100µV poniżej -2V.
Układ składa się z trzech sekcji. W prawej dolnej części jest sekcja generowania stabilnego napięcia Vref 4,096V na bazie LM78L05 i ADR4540 w standardowej aplikacji. Drugą sekcja znajduje się po lewej i obejmuje lustro prądowe i towarzyszące mu elementy oraz przełącznik zmiany typu pomiaru. Rezystor R1 i potencjometr wieloobrotowy R3 ograniczają prąd płynący do Q1, prąd ten będzie miał odbicie w prądzie płynącym przez Q2. Rezystory R2 i R4 poprawiają stabilność pracy lustra. Q1 i Q2 powinny być jak najlepiej dobrane pod względem Vbe. Jak to zrobić, opisałem tutaj. Ponadto oba tranzystory powinny być ze sobą jak najmocniej sklejone.
Trzecią sekcję stanowi wzmacniacz operacyjny U1, LT1097, wybrany ze względu na relatywnie niską cenę przy rewelacyjnych parametrach. R6, R7 i C3 tworzą dzielnik napięcia dla wejścia odwracającego wzmacniacza. Wzmacniacz porównuje to napięcie z napięciem między źródłem badanego tranzystora (Q3), a kolektorem Q2 lub rezystorem R5, i ustala napięcie na bramce tak, by oba napięcia były równe. Między bramką a źródłem mamy poszukiwane napięcie Vgs.
Przed przystąpieniem do pomiaru Vgsoff trzeba wyregulować prąd lustra. W tym celu należy w miejsce badanego tranzystora wpiąć rezystor 100kΩ 0,1% i mierząc na nim napięcie regulować R3 aż osiągniemy wartość 1mV.
Porównywarka Vgs i Vgsoff o większej dokładności.
Przedstawiony powyżej układ to bardziej rozbudowana wersja układu opisanego powyżej. Doszła druga sekcja pomiarowa będąca kopią pierwszej. Q1, Q2 i Q4 muszą być sklejone razem. Można nawet pokusić się o przyklejenie ich do blaszki i zalanie żywicą. Kolejną zmianą jest para wzmacniaczy operacyjnych U2 i U3 w konfiguracji wzmacniaczy różnicowych o wzmocnieniu 1x. Napięcie mierzone między nimi to różnica napięć Vgs badanych tranzystorów Q3 i Q5. Jeśli napięcia niezrównoważenia wszystkich wzmacniaczy będą wyzerowane, to możliwe będzie osiągnięcie dokładności sparowania do 10µV, albo i lepszej. Zamieniając R7, R9, R12 i R15 na rezystory 100kΩ można jeszcze zwiększyć tę dokładność dziesięciokrotnie. Ma to sens, jeśli nie dysponujemy miernikiem z zakresem µV. W praktyce w większości przypadków dopasowanie Vgs na poziome 1mV wystarczy, zwłaszcza że układ docelowy może mieć opcjonalną kompensację tej różnicy napięć.
Pomiar Vgs i Vgsoff tranzystora JFET-P
Tranzystory JFET z kanałem P są używane jeszcze rzadziej, niż tranzystory z kanałem N. Z tego też powodu nie ma gotowych przykładów pomiaru Vgs. To znaczy nie było aż do teraz. Układ jest w pewnym stopniu uproszczony - brak źródła napięcia odniesienia, ale kosztem tego jest konieczność zastosowania rezystorów o dużo większej wartości, niż jest to spotykane. Oto schemat:
Dokładne wyczyszczenie płytki drukowanej po montażu jest istotnym krokiem, gdyż ślady topnika mogą wpłynąć na prąd płynący przez kolektor Q1 przez bocznikowanie rezystorów, a szczególnie R7. Q1 i Q2 powinny być sparowane i termicznie połączone, jak w układach powyżej. Kalibracja prądu do pomiaru Vgsoff też przebiega tak samo - rezystor 100kΩ w miejsce badanego tranzystora do punktów D i S, napięcie na nim powinno wynosić 1mV.
Zatem czy kiedykolwiek potrzebowaliście pary identycznych tranzystorów JFET?
Napiszcie.
Cool! Ranking DIY
