Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Вместе с тем каскады на полевых транзисторах обычно обеспечивают получение меньшего коэффициента усиления по напряжению. 210 б б а бгсбы и,„п(е сг б) б) гпм. 6 (2. Задание режима покоя в усилительиом каскаде на полевом траиаиг~оре с упраалякпким р.п-переходом (а); зависимости 5 и(!с) (б), !с В(()зи) (е) для полевого траизистора КПЗОЗВ Из-за схожести выходных ВАХ графический анализ рабаты усилительного каскада на полевом транзисторе идентичен рассмотренным ранее случаям усилителя на биполярном транзисторе.
)(о этой же причине, как уже отмечалось, схожи н используемые схемотехнические решения, В $2.3 было показано, что в полевом транзисторе с управляв)«ни переходом полярности напряжений, приложенные к его стоку н затвору, должны быть противоположными (см. рис. 2.18). По"этому для задания режима по постоянному току на практике широко используется введение в каскад последовательной ООС по току нагрузкк. Схема такого каскада прнаедека иа рис.
6.(2,а. Ее особенностью, кроме резистора )с„является подключение парал. лельно входным выводам каскада дополнительного резистора )с,„. Этот резистор обеспечивает гальваническую связь затвора с общей шиной, что необходимо для замыкания «епи смешения. Крапе этого он стабилизирует входное сопротивление каскада.
Сопротивление резистора Й, выбирается меньше собственного входного сопротивления транзистора (обычно )т,„ с ) МОм). Следует отметить, что так как собственный входной ток полевого транзистора стремится к нулю, то падение напряжения иа Я,„от протекания тока смешения также стремится к нулю н напряжение смешения практически равно калению напряжения на резисторе )тп. В рассматриваемой схеме резистор й. выполняет двойную роль.
Во-первых, как было указано выше, он обеспечивает начальное смещение рабочей точки каскада и, во-вторых, вводит в него последовательную ООС по току нагрузки, что приводит к уменьшению коэффициента усиления каскада н стабнлизпрует его рабочув точку. 2(! Вопрос стабилизации положения рабочей точки каскада заслуживает особого рассмотренкя. В $2.3 было показано, что прн изменении температуры окружающей среды на ток стока усп действуют два противоположных фактора; увеличение сопротивления полупроводникового материала, что снижает величину !сп, и уменьшение толщины р-л-перехода, что увеличивает значение!сп. В ре.
зультате действия этих двух противоположных факторов иа передаточной характеристике транзистора можно найти точку, в которой ток стока яе зависит от температуры окружающей среды. Если напряжение У, выбрать так, чтобы транзистор работал в этой точке, то температурная стабилизация каскада не требуется. К сожалению, такой выбор с точки зрения требований к каскаду не всегда возможен н полевой транзистор работает, как правило, при больших токах стока, Для современных приборов температурный дрейф тока стока составляет порядка 0,6'й/' С.
К тому же он отрицателен, что исключает в каскадах цоложятельиую ОС по температуре, свойственную биполярным транзисторам. Поэтому при работе в малых диапазонах изменения температуры окружающей среды можно вполне обойтнсь без цепей термостабилизацни.
Для определения основных параметров каскада обратимся к его схеме замещения, приведенной на рнс. 6,!З,а. Данная схема не учитывает частотных свойств каскада и справедлива для области низких н средних частот, где влиянием собственных емко. стей транзистора можно пренебречь. Определим коэффициент усиления каскада по напряжению.
Согласно приведенной схеме замещения для тока стока можно записать следующее выражение: Ус Э Уз+ Уян„~гс, где гс — дифференциальное выходное сопротивление транзистора. Рнс вяз. Схема танеменпя уснантеаьного каскаха по постоянному (о> я переменному (б) токам лх Для расчета гс при работе транзистора на пологой част~ его пере ° яаточной характеристики можно воспользоваться выраженном гс = ЖУЮ(Ус гс,Уел УУс, ~де гс~ — дифференциальное сопротивление для тока Усь В этом случае для выходного напряжения каскада можно за* писать выражение (Увва - Ус)~с — йс ФУз + (УвыхУгс). Учитывая, что каскад является ннвертнруюшнм, т. е.
увеличе- ние тока стока приводит к уменьшению выходного напряжения, лля модуля коэффициента усиления каскада можно записать Ки к УУ~ */УУз г Н.з(Уз((г + )г.) (Уз г У7,зУ(г + й,). (6.25) Обычно в каскадах выполняется условие гаго. Тогда (6.25) при- мет более простой внд Ки к — згт;. (6.26) Используя приведенные выше допущения, для входного и выходного сопротивлений каскада можно записать следующие выражения: я я,„идя +н,) я,„; Д~, РггсУ(Я, + гс) ы й,. (6.27) (6.28) Как отмечалось, задание смешения рабочей тачки введением резистора )г, уменьшает козффнциенг усиленна каскада, По аналогия со схемой на биполярном транзисторе, для коэффициента передачи цепи ООС можно записать Ьос УУос/(У,„, =.
Усй,!УсЦ = У7,Я ° Тогда, используя основное выражение для усилителя с цепью ООС, получим Ки к оос Аио/(1+ Киойос)™АР+ зУУ РМ3 зй Р+ Ив) (6.29) Из выражения (6.29) следует, что глубина отрицательной обратной связи в каскаде равна (1+зЩ,). Поэтому абсолютные температурные изменения тока покоя каскада с цепью ООС и без нее связаны соотношением йус л оос -= йус л!(1 + Ин). (6,60) При расчете каскада требуемое сопротивление Я, легко найти по заданному току Усж Для этого по передаточной характеристике транзистора (см. рис, 6.14), задавшись Ус Усю находят требуемое напряжение УУзн л.
Так как ток затвора практически равен нулю, то падение напряжения на резисторе Я, отсутствует я тре3$3 рзнл и„, Рес 6,!5 Эснлительимй наскаи на полевом транзисторе с комбинированной пенью зала нин режима покои Рис. 6.Н Графическое определение сопротивления рези- стора буемое сопротивление резистора Аи можно найти нз выражения )та - (Узи гФс л- (6.3() Можно использовать и графическое решение. Для этого через точку передаточной характеристики,соответствуюшую значению !сн, и начало координат проводят прямую линию. Угол наклона этой прямой и определяет требуемое сопротивление )т'„(см.
рис. 6.14): Й„с(б и, (6,32) Для получения максимального значенкя выходной переменной ток Рси желательно выбирать близким к половине максимального ТОКа СТОКа !и щею ПРИ ЭТОМ СОПРОТИВЛЕНИЕ А~», РаССЧИТаННОЕ ИЗ этого условна, может оказаться меньше рассчитанного, например, из условия требуемои с1абнльностн параметров каскада нли задан. ных искажений. В этом случае для реализации требуемого режима работы можно использовать введение дополнительного делителя напряжения, как это показано на рис. 6.(6. Частотные свойства каскада (как и в случае биполярного транзистора) полностью определяются собственнымн свойствамн прибора. Прн этом основную роль и их формировании играет входная емкость транзистора Сею В этом случае схема замещения входной иепн каскада, полученная из схемы замещения транзистора (см.
рис. 2.23,6) имеет внд, показанный на рнс. 6.т3,6. С учетом найденного выше коэффициента усилении передаточная функция всего каскада будет иметь вид уб,к(р) = ~,~,!(ур+ (). (6.33) где К, )гси/()та+Я, ) — коэффкцнент передачи входного делителя по постоянному току; Т=Сеззгизг,н/()ге+А',~) — постоянная времени входной цепи; С,„Сзн (!+Кое) — эквивалентная входная емкость транзистора. 214 Введение резистора гг„(как было показана ранее) спиши~ ~ общий коэффициент усиления каскада.
Если каскад н)ндмпгнпчеи для усиления напряжения только переменного тока, зто унгиьнн нпе усиления можно скомпенсировать выполнением цепи 1Н и: чзстоточавнснмой. (зля этого (как н в случае каскада на биг1гг лярном транзисторе) резистор г!„необходимо шунтировать донолнптсльиым конденсатором, как показано штриховой линней ма рнс. 6.(2. Емкость этого конденсатора прн заданной минимальной ча. стоге входкого сигнала может быть рассчитана из условия ! /Спюп</г». Все сказанное остается справедливым н при построенпи каска.
да с использованием МДП-транзистора со встроенным каналом. В этом случае могут быть только количественные отличия, обус. ловленные тем, что передаточная характеристика транзистора имеет продолжение в первом квадранте. При этом могут измениться доли напряжений смещения, создаваемые резистором /г, и делителем на резисто)зах Алел! ц /гзлеет (см. рис. 6.)5). Пример 0.5.
Используя трзизнстор КПЗОЗГ, рассчитать каскад по схеие нз рис. 512,а, обеспечивающий получение нз иыкоде мзкснмзльной змплнтудм иы. хпдногп напряжения; //,~15 В, 5-2,5 мА/и; //ем 25 В; /г „. 5 мА; /7»- .100 кОм Решение 1. Определим диапазон изменения тока стока /с ме /с»м -5 мА; /с м~» — — О,1/с»».=0,5 мА Знзченне /см„ определено по передаточной кярзктернстнке трзнзнсторз. Прн /с с0,5 мА кзрзктернстнкз имеет зязчнтельную нелинейность, что предползгзет получение больших нсзннейных искзжений 2 Найдем ток локон стоке /сп /сп= (/с и»»+/с мюе)/йм (5+05)/2 275 мА 3 Определим сопротннленне резисторе й, обеспечнизкннее получение /с =/«и ккля зтого используем линейную лнярокснмзнню нередзточной хзрзктернстикк трзкзнсторз: /с«-=г//зи и: (/зн л-й./сю ° у ° Л» (/с м — /сп)/з/сп (5 — 2,75)/2.5 2,75 0.227 кОм Прнннмзем нз стандартного ряда сонротинленнй гг.
О,ЗЗ кОм. Уточним ток /сп /сп /с»» /(1+з/7 ) 5/(1+2,5 О,ЗЗ) 2,7г/мА 4. Определим сопротивление резисторе /ге. Для того чтобы полевой транзистор находился в насыщенном состояния (рабочан точка находятся на горнзонтальном участке его выходкык характернстнк), должно выполняться услонне (/„>изи Ранее было выбрано, что /с в~~=/с.>~, что соответствует //зм О.
Тогда (/СИ м!е-('ЗИ е с Макснмальный ток стока, котормй может протекать в схеме на ркс. 6,!2, равен /с озч "» (//» — (/Си аы)/(/(с+Ве) ° /(;(и идти.м)Д....-К;(!$-2$)/$-0М-2,!7 к0., Прппнмаем /7,=2.2 кОм. Тогда /с (!$ — 2,$)/(22+0,ЭЭ) 4,9 мА. $, Найден дяапазон нзменення выходного нвнрнжекия (/.„....- и.-/с .../(,-1$-0,$.2,2- !Э,9 В; и,», „(/,— / чн,Д РЭ вЂ” $2,2 Л В; Аи;(/ .
„„„-(/.„„.; 189-4=9,9 В; и. „„-А(/,.„/2-4,9$ В. 6. Нанряженне покоя стока (/сз (/се 0в//с/сл 1$ — 2,2.2.74 8,97 В. 7. )(озффипнепт усяленнн по нвпряжеккю Ко оо, -з/)./(!+Кзз) -2,$2.2/(!+О,ЭЗ 2,$) -З,О!. 8. Для полученнн /)., 100 к0м полагаем согласно (6.27) /7,» /! «-!00 кОм. 9. Согласно (6.29) /увч~ /(с 2.2 кОм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
