М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Область применений управляемого напряжением аттенюатора весьма широка. Он может быть полезен лля дистанционного управления коэффициентом усиления; по управляюшему кабелю нужно подавать только постоянное л~ егв наа аа к Рис. 6.11. Схема лля лемонстрапии свойств полевого транзистора в качестве меияюшегося сопротивления. напряжение, избегая при этом фона и потери сигнала. Используя напряжение, полученное путем выпрямленна выходного сигнала усилителя, в качестве управляющего, можно организовать автоматическую регулировку усиления (АРУ). Такое устройство будет поддерживать выходной сигнал неизменным при изменении уровня входных сигналов в широких пределах. Атгенюторы, управляемые напряжением, являются основой ограничителей и схем сжатия уровня, которые широко применяются в практике рвдиовешания и записи.
В хорошо известной системе подавления шума «Долби» используются полевые транзисторы в качестве управляемых напряжением аттенюаторов. 6.8 Эквивалентная схема и коэффициент усиления для схемы с общим эмиттером Имея в вилу коллекторные характеристики, мы знаем теперь, что биполярный транзистор является почти идеальным источником тока. Этот факт облегчает вычисление выходного напряжения, развивающегося на коллек- 142 Характеристики лалулраводникавых приборов торном резисторе нагрузки в усилителе напряжения. На рис.
6.12(а) показана выходная цепь каскада усилителя с нагрузкой Я, в коллекторе транзистора; (, — переменная составляюшая коллекторного тока. На эквивалентной схеме, рис. 6.12(Ь), транзистор показан как генератор постоянного тока, даюший ток (, в нагрузку Я, . Согласно закону Ома, (6.16) том ~»)~г На рис. 6.13 показана эквивалентная схема как входной, так и выходной цепи усилителя с транзисюром, включенным по схеме с обшим эмитгером.
Эквивалентную схему такого вила называют гибридной л.-образной эквивалентной схемой, которая позволяет найти такие Ь-лараиетры, как Ь„и другие. Мы знаем, что коллекторный ток 1 связан с напряжением база-эмитгер тм крутизной 8; из (6.9а) следует, что (6. 17) =т»К и у нас уже есть уравнение (6.16): том г»»»ь. Следовательно, мы можем вычислить коэффициент усиления напряжения А: и а А= —. т1» Подставляя значение т» с учетом (6.16) и (6.17), получим: А= т~»И» ~ь (6.18) т1» поэтому (6.19) где к — в миллиамперах/вольт, а Я вЂ” в килоомах.
Отрицательный знак указывает на переворот фазы; это означает, что из- ~се К»»»»»тор ов Рис. 6.12. (а) Выхоаиая цепь усилителя с траиэистором, включенным по схеме с общим эмипером. (Ь) ее эквивалеитиая схема. Эквивалентная схема и коэффициент усидения йи сгемм с общим змитанрам 143 Рис. 6.13. Эквивалентная схема усилителя е обшин эмитгером (упрошениая гибридная тобрвзнвя). менение входного сигнала в положительную сторону приводит к изменению выходного сигнала в отрицательное сторону.
В этом простом расчете, который достаточно точен для большинства практических целей, мы пренебрегли небольшим наклоном коллекторных характеристик, то есть выходной проводимостью й . Наличие этого наклона означает, что генератор тока не является идеальным; однако, мы можем легко исправить эквивалентную схему дополнив ее резистором„имеюшим сопротивление 1/ й„параллельно с резистором нагрузки Я, .
В результате коллекторная цепь транзистора имеет как бы конечное внутреннее сопротивление 1/а, тогда как действительно идеальный источник тока имеет бесконечное внутреннее сопротивление. Типичные значения 1/ л составляют от 50 кОм до 100 кОм, так что при величине Ям равной 5 кОм или меньше, наклон коллекторных характеристик можно не учитывать. Если выразить я через средний коллекторный ток У (см. (6.11)), то при комнатной температуре величина коэффициента усиления напряжения А будет равна (6.20) с е где 1 — в миллиамперах, а Я, — в килоомах.
Таким образом, найти коэффициент усиления напряжения А очень просто, когда известен средний ток коллектора. Например, если 1с = 1 мА, а Я, = 5 кОм, А = 200, Сейчас предполагается, что переменная составляюшая коллекторного тока 1, очень мала по сравнению с постоянным (средним) током коллектора 1 . Если это условие не выполняется, то как и можно было ожидать, крутизна я„станет изменяться согласно мгновенным значениям коллекторного тока. Следовательно, усилитель будет иметь большой коэффициент усиления напряжения, когда коллекторное напряжение изменяется вблизи нуля (при большом коллекторном токе), и малый коэффициент усиления на гребне волны вблизи отсечки (при малом коллекторном токе).
Результатом будут амгиитудные искажения, показанные на рис. 6.14. Тот же эффект можно рассмотреть с другой точки зрения, а именно, как следствие изменения входного сопротивления л„при изменении базового тока: лк становится меньше при большом токе базы и растет при уменьшении тока базы. Поэтому один из способов исправления искажений состоит в том, чтобы сгладить изменения н„резистором, включенным последовательно во вход- 144 Характерно!лики полулроводниковых приборов .,а Рис. 6.14.
Форма входного и выходного сигналов при наличии искажений в усилителе на транзисторе, включенном по схеме с обшим эмитгером, при большой амплитуде колебаний. Входной сигнал показан здесь в увеличенном масштабе лля удобства сравнения. ной цепи. Подобный эффект даст не шунтированный резистор в эмиттере, при наличии которого возникает обратная связь по току и увеличивается входное сопротивление. Зля уменьшения искажений, конечно, можно использовать обратную связь по напряжению.
Все эти меры, смягчающие присущую биполярному транзистору нелинейность, к сожалению уменьшают коэффициент усиления схемы. Одно из изящнейших решений проблемы нелинейности заключается в применении дифференциального усилителя, который является основой большинства линейных интегральных схем (см. главу 8). 6.9 Эквивалентная схема и коэффициент усиления усилителя на полевом транзисторе с общим ИСТОКОМ На рис. 6.15 показана простейшая схема усилителя на полевом транзисторе с р-л переходом, а на рис. 6.16 его эквивалентная схема. Здесь входное сопротивление обычно равно сопротивлению резистора в цепи затвора; входное сопро'- тивление собственно полевого транзистора с р-л переходом имеет значение порядка сотен мегаом.
Эквивалентная схема выходной цепи подобна эквивалентной схеме биполярного транзистора; из схемы следует, что ток стока равен а выхолное напряжение равно Иэменение крутизны полевого транзистора 145 р'р ов Рис. 6.15. Усилитель на полевом транзисторе, включенном по схеме с обшим истоком (рапи простаты не показаны элементы, залаюшие смешение затвора). Сток Ы Зотоор Рис. 6.16. Эквивалентная схема усилителя при включении полевого транзисто- ра по схеме с общим истоком.
Таким образом, как н в случае биполярного транзистора, коэффипиент усиления напряжения равен том А = — = — у„,)11. т)о Сопротивление стока у полевых транзисторов (гк или 1клк), с типичным значением 100 кОм, много больше встречающихся чаще всего значений г12, и поэтому обычно им можно пренебречь. Однако, если требуется, то его можно включить в эквивалентную схему параллельно с Я, . 10 Эак. 4729. 146 Характеристики полупроводниковых приборов 6.10 Изменение крутизны полевого транзистора В параграфе 6.3 мы видели, что крутизна биполярного транзистора является чрезвычайно устойчивым параметром, равным 40 ! мА/В при комнатной температуре, если ! выражен в миллиамперах.
Если пренебречь эффектами второго порядка, такими как сопротивление базы, то это простое соотношение справедливо для всех типов биполярных транзисторов, не изменяясь от одного экземпляра к другому, в отличие от коэффициента усиления тока )г У полевого транзистора крутизна изменяется от одного типа транзистора к другому, находясь обычно между 0,5 мА/В и 5 мА/В (у современных транзисторов крутизна достигает величины 100 мА/ — Прим.
перев.), кроме того, как сейчас будет показано, крутизна меняется при изменении тока стока. Теоретическое рассмотрение работы полевого транзистора в области насыщения показывает, что ток стока !о связан следующей квадратичной зависимостью с напряжением затвор-исток )' 1г Здесь !р — ток стока, протекаюший при К = О, а )е — напряжение насышения, которое определяется как напряжение затвор-исток, необходимое лля сжатия канала настолько, что !„падает до нуля (называемое также напряжением отсечки), или как напряжение сток-исток, необходимое для достижения транзистором режима насышения при Г = О.
Можно показать, что оба эти определения гр эквивалентны и приводят к одному результату. Теперь, о!о ви оз Дифференцируя ! по Р' получим -г!„т ( )о.,'1 -гз(!„,в ), ~ ); ) у, (6 22) Таким образом, у полевого транзистора крутизна я„пропорциональна квадратному корню из !о. если л = 1 мА/В при !„=! мА, то можно ожидать, что я = 3 мА/В при ! = 9 мА. В усилителях напряжения на полевых транзисторах ток стока увеличивается или уменьшается в такт с переменным сигналом и я„будет меняться как квадратный корень от мгновенного значения тока стока. Таким образом, ситуация подобна случаю с биполярным транзистором, у которого крутизна я прямо пропорциональна мгновенному значению коллекторного тока. В обоих случаях результатом является искажение формы выходного сигнала, если он велик, хотя квадратичная характеристика полевого транзистора приводит к появлению только второй гармоники сигнала, в то тремя как экспоненциальная характеристика биполярного транзистора дает полную гамму гармоник.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
