Teory (722476), страница 10

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 10)

U_ос =  U_вых.

При наличии обратной связи в усилителе на его вход поступает сумма напряжений  напряжение обратной связи и напряжение от источника
сигнала.

;

;

.

Если напряжение обратной связи окажется в фазе со входным сигналом, то такую обратную связь принято называть положительной  ПОС (автогенераторы, компараторы и пр. работают с положительной обратной связью). При положительной обратной связи общий коэффициент усиления увеличивается.

Если напряжение обратной связи окажется в противофазе со входным сигналом, то такую обратную связь принято называть отрицательной  ООС (усилители, автогенераторы, операционные усилители и пр).

Произведение К называется фактором обратной связи, его знак совпадает со знаком обратной связи; при положительной обратной связи знаменатель дроби уменьшается, а коэффициент усиления увеличивается, при отрицательной обратной связи знаменатель дроби увеличивается, а коэффициент усиления уменьшается.

Если фазовый сдвиг между напряжениями Uс и Uос будет равен «», то в этом случае

. (2.31)

И, следовательно, коэффициент усиления усилителя, охваченного отрицательной обратной связью, уменьшается в раз по сравнению с коэффициентом усиления без ОС. В тех схемах, где используется глубокая отрицательная обратная связь коэффициент усиления усилителя практически не зависит от параметров усилительного тракта, так как произведение К в этом случае значительно больше единицы, поэтому

(2.32)

Таким образом, в соответствии с (2.32) коэффициент усиления усилителя определяется только параметрами цепи ОС, что и определяет высокую стабильность коэффициента усиления: цепь обратной связи выполняется на пассивных элементах, электрические параметры которых более постоянны, нежели параметры транзистора, поэтому величину «» будем считать величиной постоянной.

В процессе эксплуатации параметры транзистора сильно изменяются, а это приводит к тому, что и параметры усилительного каскада, связанные с параметрами транзистора, также изменяются. Например, при изменении температуры окружающей среды или напряжений источников питания изменяется коэффициент усиления усилителя.

Изменение коэффициента усиления усилителя без ООС можно оценить относительной величиной dК/К, в усилителях с ООС  величиной dК_ос/К_ос. Величину  считаем постоянной, а величину dК_ос можно найти простым дифференцированием уравнения (2.31) по «К»

(2.33)

На первый взгляд для усилителя это явление  уменьшение коэффициента усиления  нежелательное, но дело в том, что именно ООС обеспечивает схеме усилителя стабильность коэффициента усиления по напряжению: коэффициент усиления усилителя подвержен влиянию многих факторов (непостоянство напряжения источников питания, изменение температуры, старение элементов схемы, влажность, давление и пр.), поэтому схема усилителя должна отслеживать изменения режима работы и отрабатывать их.

Сущность стабильности коэффициента усиления усилителя, охваченного ООС, заключается в следующем. Если за счет перечисленных факторов произошло увеличение коэффициента усиления на величину К, то напряжение обратной связи увеличится на соответствующую величину Uос, а следовательно, напряжение на входе усилителя Uвх уменьшится. Если же произошло уменьшение усиления, то напряжение обратной связи уменьшится, а напряжение на входе усилителя возрастет.

Пример. В усилителе, охваченном отрицательной обратной связью (ООС), известно: коэффициент усиления усилителя без ООС равен К = 100; коэффициент передачи обратной связи  = 0,2.

Требуется определить, как изменится коэффициент усилителя при наличии ООС, если коэффициент усиления К собственно усилителя (без ООС) увеличился на 10 %.

Коэффициент усиления при наличии в схеме усилителя ООС (2.31)

.

Новое значение коэффициента усиления усилителя с ООС при изменении собственно коэффициента усиления усилителя на 10 %

.

Расчет показывает, что при изменении коэффициента усиления усилителя без ООС на 10 %, коэффициент усиления усилителя с ООС изменился всего лишь на 2 %, что практически не скажется на работе усилителя, то есть ООС действительно обеспечивает стабильность параметру «К».

Вывод. ООС в усилителе препятствует любому изменению величины коэффициента усиления напряжения и этим оправдано ее применение в усилительных устройствах. За счет ООС в схемах удается отслеживать и корректировать положение рабочей точки усилителя на ВАХ, а, следовательно, и изменения коэффициента усиления усилителя.

3. УНИПОЛЯРНЫЕ (ПОЛЕВЫЕ) ТРАНЗИСТОРЫ

3.1. Общие сведения

В полевых транзисторах в образовании тока участвуют носители зарядов одного знака (или дырки, или электроны). Основным способом движения носителей можно считать дрейфовый, так как процессы инжекции и диффузии практически отсутствуют. В основе работы полевых транзисторов лежит эффект поля. Металлический электрод, создающий эффект поля, называется затвором. Стоком называют электрод, на который поступают рабочие носители канала, а истоком,  от которого эти носители движутся (исток обычно соединяют с основной пластиной полупроводника  подложкой). Проводящий слой, по которому проходит рабочий ток, называется каналом. Каналы могут быть приповерхностными и объемными. В транзисторах с приповерхностным каналом затвор отделен от канала слоем диэлектрика (МДП или МОП-транзисторы), а при объемном канале  обедненным слоем, который создается с помощью электронно-дырочного p-n-перехода.

Сущность процессов, связанных с образованием канала в полевом транзисторе с управляемым электронно-дырочным p-n-переходом, при изменении напряжения на переходе можно схематично представить так, как это изображено на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схематичное изображение образования канала

С целью увеличения глубины модуляции канала сплавной переход выполнен в виде кольца, охватывающего канал, в результате чего переход образует диафрагму, диаметр отверстия которого изменяется в такт с изменением напряжения на переходе. Диафрагма  это и есть канал у полевого транзистора (отсюда и появилось название у этого типа транзисторов  канальные).

Что общего у транзисторов с приповерхностным и объемным каналами?

1. Отсутствие инжекции и диффузии, а основной способ движения носителей  дрейф.

2. Управляющим электродом является затвор. Управление выходным током осуществляется с помощью поперечного электрического поля, то есть полевые транзисторы работают в режиме заданного напряжения на затворе. В принципе изменять ток стока можно с помощью и напряжения на стоке, но его влияние на ток гораздо слабее, чем затвора, поэтому командное место в управлении током принадлежит затвору.

3. Входная цепь полевых транзисторов не потребляет тока, так как управляющая цепь отделена от канала либо диэлектриком (у МОП-транзисторов), либо обратносмещенным p-n-переходом (у канальных).

4. За счет того, что входные цепи не потребляют токов, нагрузочная способность полевых транзисторов в ключевом режиме высокая: на один МОП-ключ можно нагрузить свыше 50 идентичных ключей.

5. Входное сопротивление у полевых транзисторов велико.

3.2. Принцип действия, статические ВАХ полевого транзистора с объемным каналом (с управляемым p-n-переходом)

На рис. 3.2 дана модель полевого транзистора с управляемым p-n- переходом. На границе раздела двух областей образовался p-n-переход, поле в области которого препятствует проникновению основных носителей  электронов из n-канала в p-область.

Рис. 3.2. Модель полевого транзистора с управляемым p-n-переходом

Электронно-дырочный p-n-переход находится в обратносмещенном состоянии, и в цепи затвора течет лишь ток неосновных носителей I_зо. В маломощных полевых транзисторах ток I_зо настолько мал, что им пренебрегают, но в мощных транзисторах и в диапазоне высоких частот влияние этого тока возрастает и с ним приходится считаться. Для кремниевых p-n-переходов обратный ток составляет менее 10^--11 А, и, таким образом, усиление мощности обеспечивается малой величиной входного тока.

Переход у полевого канального транзистора несимметричный, так как по мере приближения к стоку потенциал увеличивается и получается, что к верхней части перехода прикладывается большее напряжение. В схеме
рис. 3.2:

е_вх  генератор переменной ЭДС на входе .

R_c  сопротивление нагрузки в цепи стока;

Е_с  источник постоянного напряжения в цепи стока, создает ускоряющее поле, под действием которого носители направленно движутся от истока к стоку;

Е_см  источник смещения, создает поперечное электрическое поле, с помощью которого регулируется ширина запрещенной зоны p-n-перехода, т.е. изменяется поперечное сечение канала, и таким образом, регулируется ток стока (выходной ток); при U_зи = 0 сечение канала будет максимальным, ток стока и крутизна наибольшими, что хорошо просматривается на стокозатворных ВАХ транзистора (рис. 3.3). В зависимости от типа канала полярность напряжения на затворе меняется.

а) б)

Рис. 3.3. Стокозатворные (передаточные) ВАХ транзисторов с разным типом каналов: а  для n-канала; б  для p-канала

Практическую ценность стокозатворной характеристики переоценить трудно: она позволяет выбрать режим транзистора по постоянному току, оценить усилительные свойства транзистора, выяснить характер и оценить уровень нелинейных искажений усиливаемого сигнала.

Характеристики

Список файлов реферата