Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Поскольку 1с = О, уравнение (10.6) дает равенство ~"ся = ~'а — 10Вл. (10.9) Это уравнение нагрузочной линии/ливии смещения. При наложении на график передаточной характеристики их пересечение дает рабочую точку (рис. 10.6). (10.8) Ут Рис. 10.6. Пересечение линии смещения и характеристики прямой передачи дает рабочую точку Я Рис. 10.0.
Эквивалент- ная схема входной части схемы на рис. 10.4 Уравнение (10.9) утверждает, что напряжение затвор — исток Ъдя можно установить отрицательным или положительным (в зависимости от тяпа полевого транзистора), подбирая напряжение $'и и падение напряжения на истоковом резисторе, т. е. 10Вд. Для и-МОП-транзистора 1д и рпл — оба положительны. Чтобы получить положительное Ъпл, согласно уравнению (10.9), Ъс ) ХпВс или, подставив РЪ из уравнения (10.8) рпп (10.10) (1 + В1/В2) Это неравенство удовлетворяется, если выбрать сопротивление В2 очень большим, т.е. В2 можно вовсе удалить (В2 = оо) из схемы, приведенной гО.У. С р т 26Б) но Таблица 10.1.
Знаки напряжений полевых транзисторов Выше было отмечено, что схема смещения стабилизирует рабочую точку, благодаря отрицательной обратной связи через истоковый резистор Вс. Стабильность рабочей точки — — важнейшее условие для линейных схем, например усилителя. В цифровых схемах, однако, стабильность— ые самое главное, и схемы смещения можно значительно упростить, удаляя из ыее больше резисторов. Эта стандартная практика применяется на рис. 10.4.
При этом получается схема для смещения и-МОП-транзистора, которая изображена на рис. 10.7. У п-канального транзистора с р-и-переходом ток стока 10 положительный, а напря- +уоо жение затвор — сток Рая отрицательное. Для получения отрицательного ЪОя из уравнения (10.9) имеем: Ъа < 7аВл или 0 < 10Вя. (10.11) (1+ В1~Вз) 8 Это неравенство выполняется, если у В1 нв очень большое сопротивление. В предельном Уа случае В1 — со и В1 можно удалить из схемы 10.4. Результирующая схема для и-каыального полевого транзистора с р-ц-переходом Рис. 10.7.
Схема смещения пбыла изображена на рис. 10.2 (где Вз = Ва) канального мОП-транзнстора Выполняя оба неравеыства (10.10) и (10.11), (и-МОП) можно получить положительное или отрицательное напряжение затвор— исток Ъдя, которое применимо для и-канального полевого транзистора с р-ц-переходом или для и-МОП-транзистора. При правильно выбранных напряжениях Кпр и сопротивлениях резисторов этот способ применим и для смещения р-канальных транзисторов. В табл.
10.1 даны справочные данные знаков ызпряжений разных транзисторов. ~~~ 266 Глава 10. Схел»м на палеве»х я»раязасп»орах в цифровых ИС, при этом сокращается размер схемы и значит — пло- щадь кристалла ИС. 1»»яя 4 мА 1»»;> — — — — — — —— 2 мА. 2 2 Суммирование напряжений в цепи сток — исток (по закону Кирхгоффа) дает Уоо = 1оЯо + Уоя+ 1рйя или Уояо = У»»е = У»»о — 1»г(Г»о + Ве) = 15 — 2 мА (2 кОм + 3 кОм) = 5 В.
Следовательно, У»»яо = 5 В. Так как в схеме автоматическое смещение, то Уое = — 1ойл = — 2 мА х 3 кОм = — б В. Уоо +15 В Вг »м й Йв 3 кОм Ва »О кОм Рис. 10.8. Рис. 10.9. Пример 10.2. У и-МОП-транзистора в схеме на рис. 10.9 приборная консты»- та К = 500 мкА/Вг и Ут = 2 В. Найти уровень У»»в. Решение. В схеме 1о = О, следовательно, из делителя напряжения (Г»»+1?г) ) ) (2 МОм+1 МОм) или Уое = 5 В.
Далее 1»» = К(Уая — Ут) = 500 х 10 ~(5 — 2) = 4500 мкА нли 4,5 мА. Пример 10.1. п-канальный полевой транзистор с р-и-переходом в схеме 10.3 имеет 1рял = 4 мА. Чему равно Уоео в середине рабочих режимов? Чему рав- но Ус»л? Решение. Для середины рабочих режимов Суммирование напряжений в цепи сток — исток (по закону Кирхгоффа) дает ре- зультат 1'ре = Ътрр — 1рйр = 15 — 4,5 мА х 2 ком или Ура = 6 В.
! 0.2. Малосип4альные параметры полевых транзисторов Крдтпизна харантаеристпики прямой передачи д„„ В схемах на биполярных транзисторах важнейшим параметром прибора является коэффициент усиления по току,9, равный отношению выходного (коллекторного) тока к входному току (току базы). Как таковой, Д появляется во всех аналитических выражениях параметров схемы, таких как коэффициент усиления по напряжению, входной импеданс и т. п.
И это понятно, потому что биполярный транзистор — прибор, работающий с токами. Для полевого транзистора важнейшим параметром является крутизна характеристики прямой передачи дта. Это так, поскольку выходной ток управляется напряжением затвор — исток (входным). Поэтому для полевого транзистора д„„становится наиболее удобным параметром прибора. Крутизна характеристики прямой передачи д определяется как отношение малосигнального выходного тока к малосигнальному входному напряжению при постоянном напряжении сток †ист.
Таким образом, для полевого транзистора, включенного по схеме «с общим истоком«, имеем д (10.12) ия«Ьтт«я «Ъе где «л и ил, — соответственно переменный ток стока и переменное напряжение затвор — исток. Из уравнения (10.12) видно, что д,„можно экспериментально определить, узнав наклон касательной к передаточной характеристике в рабочей точке, как показано на рис. 10.10.
Из этого рисунка также видно, где значение д,„меняется при сдвиге рабочей точки вдоль графика передаточной характеристики. Максимальное значение д,„, обозначенное д е, наблюдается в окрестности 1ря, где при 1Ъя = 0 и наклон самый крутой. В технических характеристиках полевого транзистора производители обычно приводят д„,о. А значение крутизны характеристики прямой передачи для любого напряжения затвор — исток Ъря можно получить из следующего соотношения: (10.13) ~~~268 Глава 10. Схемы на полевых транзисторах Рис. 10.10.
Наклон передаточной характеристики на рабочей точке дает значение д„= (Ыо/Лабаз) Рис. 10.11. Получение дм в рабочей точке („> передаточной характеристики обогащен- ного МОП-транзистора. ди = Ыо/Ьеоз Выходное сопротпивление длл малого сигнала те Выходное сопротивление для малого (переменного) сигнала определяется как отношение переменного выходного напряжения (т. е. ил,) к переменному току (т. е. (л,), т. е.
(10.15) та = иа,/зл, = МЬд(Уй1п Ъ (СЯ)=свозе Это сопротивление также называется сопротивлением стока и обозначается те,. Его можно графически определить из стоковых характеристик, как показано на рис. 10.21. тл — это наклон графика зависимости Хп от Ъ)зд в области насыщения. Значение тл для полевого транзистора с р-и-переходом лежит в диапазоне от 50 кОм до нескольких сотен килоом, а для МОП-транзисторов до 100 кОм. Влияние та на характеристики схемы обычно пренебрежимо мало, потому что внешние резисторы с меньшим сопротивлением подключены параллельно к тл. 10.3. Анализ малосигнальной модели полевого транзистора Теперь, используя параметры транзистора д,„и тл, построим эквивалентную схему (или модель), применимую как к полевому транзисторУ а само значение д о можно вычислить из равенства дто 21пдд (10.14) р Способ определения д из передаточной характеристики, рассмотренный вьппе, так же применим и к МОП-транзисторам.
Это проиллюстрировано на рис. 10.11 для обогащенного п-МОП-транзистора. !О.Я. А а д Р Р 269) с и-п-переходом, так и к МОП-транзистору. Если заменить полевой транзистор его моделью, например, в схеме усилителя, можно будет написать аналитические выражения для коэффициента усиления по напряжению и т. д. На рис. 10.12 изображена низкочастотная малосигнальыая эквивалентная схема с полевого транзистора, в которой входной импедаыс гя, между затвором и истоком ~дв опущен, потому что гя, составляет сотыи килоом для полевого транзистора с р-ппе- и реходом и ыа два-три порядка больше у МОП-транзистора. Емкости С, и С л то- лосигнальнал аквввалевтвал схеже опуп|ены, так как они имеют высокий ма полевого транзистора импеданс и незначительное влияние на рассматриваемых частотах.
На рис. 10.12 д|аия, — источник тока, управляемый входным напряжением и,. Отметим, что д„,ия, имеет размерность тока — вспомните д|а = гл/ияа и дш ие, — — ел. Сопротивление увеличивается от модуляции ширины канала. Эта модель проста, но дает хорошие результаты, близкие к действительыым. Анллиз схемы усиаитпелл на полевом |пранэис|поре Полевой транзистор способен усиливать электрические сигналы и его можно применять по одной из трех возможных схем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
