М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Яь 4500 Ом Проведя линию нагрузки, можно выбрать Р' = 4,5 В и 7 =1 мА в качестве оптимального положения рабочей точки (2 в режиме покоя, чтобы получить максимальные по величине положительные и отрицательные отклонения, как мы делали это в главе 1. Удобно рассматривать колебания коллекторного напряжения и коллекторного тока в непосредственной связи с характеристиками транзистора; достоинство такого подхода состоит в том, что можно видеть реальные пределы, в которых будут происходить эти колебания.
Очевидно, что выходное напряжение может подниматься до 9 В (когда наступает отсечка), хотя, как вскоре будет показано, при этом могут появиться некоторые искажения. Нижний предел линейного изменения выходного напряжения находится там, где линия нагрузки больше не пересекает ни одну из характеристик. За этой точкой расположена заштрихованная область, которая представляет собой режим насыщения: транзистор больше не управляет коллекторным током, который ограничен только сопротивлением резистора нагрузки и напряжением питания.
В области насыщения коллекторный ток равен 1 „„= )У /)с;, транзистор насыщен в результате введения в базу тока, большего чем 1 „,г/72 Транзисторы, используемые в переключающих схемах, работают попеременно то в режиме насыщения, то в режиме отсечки. При насыщении переход коллектор-база фактически смещен в прямом направлении; так как разности потенциалов на переходах коллектор-база и база-эмиттер примерно равны и противоположны по знаку, можно получить очень низкое напряжение между коллектором и эмиттером (обычно )У „„о < 0,2 В). В общем, чем больше ток базы, тем ниже )У Коллекторные характеристики 137 6.5.3 Предельные значения На выходные характеристики полезно обращать особое внимание при конструировании мощных выходных каскадов, рассмотренных в параграфе 5.17.
Читатель может сначала удивиться, почему коллекторные характеристики должны быть уместны для мощных выходных каскадов, поскольку фактически все такие схемы являются эмитгерными повторителями. К счастью, нам не требуется отдельно получать «эмиттерные характеристикигк в современных транзисторах с высоким коэффициентом усиления тока коллекторный и эмитгерный токи настолько близки, что одно семейство характеристик в равной мере применимо как к схеме с общим эмитгером, так и к схеме с общим коллектором. Важно, чтобы линия нагрузки никогда не пересекала гиперболу максимальной мощности; иначе в некоторых точках в пределах периода сигнала рассеивалась бы чрезмерная мощность. Обычно линия нагрузки пересекает ось Р в точке, соответствующей напряжению источника питания Р (точка Хна рис.
6.7(а)).Ясно, что 1' всегла должно быть меньше, чем максимально допустимое для транзистора напряжение коллектор-эмиттер (Р а). Наконеп, пересечение линии нагрузки с осью 7 (точка У на рис. 6.7(а)) должно быть ниже максимально допустимого лля транзистора коллекторного тока Уа Соблюдение этих условий устанавливает верхний предел для напряжения источника питания, нижний предел для сопротивления нагрузки Я, и, следовательно, верхний предел мощности, которую можно получить на выходе. Только при этом гарантируется долговечность выходных транзисторов.
Хотя максимальную рассеиваемую мощность, а также максимальные l, и Г лля конкретной схемы, удобнее всего определять графически по выходным характеристикам транзистора и по линии нагрузки, эти величины можно все же получить и без графиков. Определение Рсн, и Уа, не представляет проблем: они являются точками пересечения линйи йагрузкй с осями координат и равны (г и 1' / 11, соответственно.
Зля опрелеления максимальной рассеиваемой мощности Р требуется немного больше вычислений. Рассмотрим схему на рис. 6.7(Ь). Мгновенная мощность, рассеиваемая в транзисторе, равна: Г~;т -Р,.„.'1 (6. 14) Р='се)г ="'се~ '~= — (РсРсн-~'ск) Ль,( )1( Чтобы получить Р „, найдем производную др/г(У и приравняем ее нулю: дР 1 = — (Рс, -2Р,,)=О. д1'сн 11с Таким образом, максимальная мощность рассеивается, когда ггт 2 Это дает важный результат, состоящий в том, что максимальная мощность, рассеиваемая транзистором, имеет место, когда на нем падает точно половина напряжения питания.
Подстановка Р = К /2 в (6.!4) лает 138 Характеристакы полупроводниковых приборов 1 ((,а з 2 ) 2 Яг'( 2 4 ~ 4Яг (6.15) Применительно к работающему в режиме АВ двухтактному усилителю, подобному усилителю на рис. 5.28 со сдвоенным комплементарным источником питания, Р„,„— это максимальная мгновенная мощность, рассеиваемая каждым транзистором, при условии, что К вЂ” величина напряжения каждого источника. 6.6 Стоковые характеристики полевого транзистора Для полевого транзистора с общим истоком семейство выходных характеристик — это зависимости тока стока от напряжения сток-исток при различных значениях напряжения затвор-исток.
Схема измерения, приведенная на рис. 6.8, позволяет строить соответствуюшие графики. Требуемое напряжение затвор-исток !', устанавливается потенциометром Як; и измеряется вольтметром Мг Затем с помошью потенциометра ЯУ; залается рял значений напряжения сток-исток Гр, измеряемых вольтметром М,; результирующий ток стока У„измеряется миллиамперметром М, . Типичное семейство характеристик полевого транзистора показано на рис. 6.9.
Как видно из рис. 6.9, в общих чертах стоковые характеристики полевого транзистора похожи на коллекторные характеристики биполярного транзистора: тот и другой представляют собой источник фиксированного тока на большей части диапазона напряжений. Другими словами, если смещение затвор-исток фиксировано на уровне — 1 В, то увеличение Гр, от 5 В до 15 В оказывает незначительное влияние на ток стока. Этот совсем не очевидный факт относится к области кривых справа от пунктирной линии; эту область называют областью насыщения.
Чтобы понять работу транзистора в этой области, нужно рассмотреть рис. 6.10, где схематически изображен полевой транзистор, к стоку и затвору которого подключены источники. Первоначально можно предположить, что Гр = 0 и напряжение на затворе К имеет такое значение, при котором обедненный слой занимает часть ширины кремниевого бруска, тогда как другая часть кристалла остается проводящим каналом между истоком и стоком. Когда К начинает расти от нуля, канал ведет себя сначала просто как резистор, сопротивление которого определяется шириной канала, оставленного в кристалле обедненным слоем.
Когда 1' достигает нескольких сот милливольт, начинает сказываться обратное смещение на затворе и обедненный слой расширяется — в основном у положительного конца канала (у стока) — до тех пор, пока не останется очень узкий проводящий канал. Дальнейшее увеличение К приводит к еше большему сужению канала, почти точно уравновешивающему ожидаемое увеличение У„с увеличением напряжения. (Это ошибка: с ростом Ь, увеличивается длина участка канала с предельной плотностью тока, остается неизменной напряженность элект- Становые характеристики волевого транзистора 139 Рис. бл. Измерительная схема лля построения стоковых характеристик поле- вого транзистора.
Ка =ев -0.5 В 2 )а )ых) 2 -).0В -)50 -Ьев 0 2 4 Ь В )О ) )л«тьты) Рис. 6.9. Типичные стоковые характеристики в-канального полевого транзис- тора, А — область переменного сопротивления,  — область насыщения. рического поля на этом участке и поэтому ток стока не меняется. — Прим. верев.) Это — область предельного сжатия канала (насышения); на рис. 6.9 явно виден выход из резистивной области, когда кривые изгибаются, становясь почти горизонтальными (ток становится постоянным).
Так же, как и в случае биполярного транзистора, имеется небольшой положительный наклон в области «постоянного» тока; чтобы учесть наклон вводится враводимость стока я или у 140 Характеристики полупроводниковых приборов Рис. 6.10. Предельное сжатие канала в полевом транзисторе. "~о Ыл = о~ оз Используется также динамическое сопротивление стока гл; 1 Гл Кл 6.7 Полевой транзистор как управляемый напряжением резистор Мы уже обратили внимание на интересное свойство полевого транзистора при малых значениях 1', которого нет у биполярного транзистора.
В этой области напряжение затвора способно изменять сопротивление канала сток- исток. Понятно, что в области А на рис, 6.9 у каждой характеристики в начале координат разный наклон. Обрашаясь к рис. 6.5 и 6.7, видим, что этого эффекта нет у биполярного транзистора. Таким образом, полевой транзистор можно использовать как управляемый напряжением переменный резистор для изменения величины сигналов переменного или постоянного тока; эта возможность используется в системах автоматической регулировки усиления, На рис.
6.11 показана схема управляемого напряжением аггенюатора, который рассчитан на подключение к генератору с малым выходным сопротивлением. Величину входного сигнала следует поддерживать меньшей, чем 500 мВ, чтобы искажение сигнала было достаточно малым. Батареи с напряжением 3 В и 1,5 В и потенпиометр йу; обеспечивают изменение напряжения, которое управляет коэффипиентом ослабления схемы.
Чтобы получить максимальное ослабление, на затвор можно подать положительное напряжение Зкливплелгллал стена и козффициеигл 1сиаелия йи схемы с общим звялигиером 141 величиной доли вольта; нежелательный ток в прямом направлении ограничен безопасной величиной с помошью Яг Заменив полевой транзистор биполярным легко убедиться в том, что он не будет работать как управляемый напряжением атгенюатор без грубых искажений. Во многих применениях низкое входное сопротивление аттенюатора, представленного на рис. 6.11, является нежелательным; в действительности, Я, можно увеличить ло 1О кОм или лаже ло 100 кОм, если допустим меньший размах выходного сигнала. Для уменьшения искажений, обусловленных кривизной характеристик палевого транзистора, разработаны различные схемы с отрицательной обратной связью, в которых часть выходного сигнала подается на затвор.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
