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

Текст из файла (страница 13)

3.4. Инженерные модели полевых транзисторов

3.4.1. Полевой транзистор с управляемым p-n-переходом

По правилам строгая эквивалентная схема канального транзистора предполагает использование модели с распределенными параметрами, так как области канала и затвора представляют собой распределенную RC-цепь. Однако расчеты, связанные с такой моделью, получаются неоправданно сложными, поэтому в инженерной практике используют эквивалентную схему с сосредоточенными параметрами (рис. 3.11). Схема дана без учета индуктивностей выводов полевого транзистора (ПТ), влияние которых проявляется в диапазоне частот свыше 300 мГц. В схеме:

S*(w)  действующая крутизна транзистора;

С_зи, С_зс, R_зи, R_зc  соответственно емкости и сопротивления обратносмещенного перехода;

r_зи и r_зс  омические сопротивления области затвора;

r_си  дифференциальное сопротивление канала (его нередко называют внутренним сопротивлением);

r_с  сопротивление области стока;

r _и  сопротивление области истока.

Рис. 3.11. Полная эквивалентная схема канального полевого транзистора

С учетом практических областей использования ПТ эквивалентную схему можно упростить. Так, например, сопротивления R_зи, R_зc имеют величины 10⁸10¹⁰ Ом, поэтому учитывать их целесообразно только при использовании ПТ в схемах электрометрии. Влияние омических сопротивлений области затвора r_зи и r_зс (их величина не превышает 1020 Ом) незначительно вплоть до предельной частоты генерации. Влияние дифференциального сопротивления канала в типовом для усилительных схем диапазоне частот (до 0,7 f_г) на усилительные и частотные свойства ПТ может также не учитываться. Анализ и расчеты частотной зависимости крутизны ПТ показывают, что для современных ПТ граничная частота крутизны превышает предельную частоту генерации транзистора в 25 раз, поэтому в типовом диапазоне

использования ПТ зависимость крутизны ПТ от частоты может не учитываться: граничная частота крутизны определяется как частота, на которой
модуль крутизны уменьшается в по сравнению с его максимальным значением. На основании этих аргументов эквивалентная схема (рис. 3.11) может быть упрощена до вида (рис. 3.12).

Рис. 3.12. Упрощенная эквивалентная схема полевого канального транзистора

Эта схема вполне пригодна для инженерных расчетов усилителей на ПТ и широко используется разработчиками электронной аппаратуры. В упрощенной схеме ПТ крутизна S  реальная величина, измеренная в статическом режиме.

3.4.2. Полевой МОП-транзистор с изолированным затвором

В отличие от канального транзистора в МОП-транзисторе необходимо еще учитывать активное влияние подложки, которое в эквивалентной схеме для МОП-транзистора можно отразить в виде генератора тока. В реальных дискретных и интегральных схемах подложку обычно соединяют с истоком и тогда генератор тока можно исключить из схемы. Кроме того, сопротивления участков затвористок и затворсток в МОП-транзисторе учитывают сопротивление диэлектрика в области затвора. Входное сопротивление ПТ со стороны затвора составляет не менее 10¹⁴10¹⁷ Ом, поэтому с этими сопротивлениями реально нужно считаться только в электрометрических схемах. На основании проведенного анализа в данной работе будет дана только упрощенная эквивалентная схема МОП-транзистора (рис. 3.13), используемая в типовых инженерных расчетах усилителей.

Крутизна по затвору в этой схеме предполагается не зависящей от частоты. Кроме того, в схеме отсутствует сопротивление участка «подложкасток» (R_пс), но оно так велико по сравнению с сопротивлением канала (r_си), что с его шунтирующим действием можно не считаться.

Более подробное описание эквивалентных схем полевых транзисторов с объемным и приповерхностным каналами дано в [1].

Рис. 3.13 Упрощенная эквивалентная схема МОП-транзистора

3.5. Полевые транзисторы в рабочем режиме

Принцип построения усилительных схем на полевых транзисторах практически не отличается от схем на биполярных транзисторах (входная, выходная цепи, цепи автосмещения, цепи обратной связи и т.д.). Принципиальной разницей является отсутствие входных токов у полевого транзистора, поэтому схемы автосмещения построены таким образом, чтобы эти токи не появились. Входные сопротивления усилителей на полевых транзисторах очень велики, поэтому там, где стоит вопрос о согласовании низкоомной нагрузки с высокоомной, полевые транзисторы имеют явное преимущество перед биполярными; это, конечно, не значит, что у биполярных транзисторов нет преимуществ перед полевыми.

3.5.1. Схемы включения полевых транзисторов в рабочем режиме

Полевые транзисторы, как и биполярные, имеют три основные схемы включения  с общим истоком (ОИ), с общим стоком (ОС), с общим затвором (ОЗ), но эта схема в реальной практике не получила распространения.

На рис. 3.14 дана основная схема усилителя мощности на полевом канальном транзисторе с ОИ. Эта схема  лучший усилитель мощности, так как она усиливает и по току и по напряжению.

(3.16)

(3.17)

(3.18)

Кроме того, схему с ОИ можно использовать в качестве фазоинвертора: фазу входного сигнала схема с ОИ на выходе меняет на противоположную.

На рис. 3.15, а приведена схема на полевом транзисторе со стопроцентной ОС по току  истоковый повторитель.

Рис. 3.14. Схема усилительного каскада на полевом транзисторе с ОИ

а) б)

Рис. 3.15. Истоковый повторитель на полевом транзисторе: а  схема с ОС; б  схема замещения для анализа К_ус, R_вх

По схеме замещения (рис. 3.15, б) хорошо видно, что усиления по напряжению в схеме нет: напряжение на выходе меньше входного; коэффициент передачи напряжения в истоковом повторителе со входа на выход еще меньше, чем в эмиттерном повторителе (0,50,7)

(3.19)

Не усиливая по напряжению, схема истокового повторителя хорошо усиливает по току, поэтому она может быть использована в качестве усилителя мощности.

Главным достоинством схемы с ОС является ее высокое входное сопротивление, которое объясняется тем, что в схеме усилителя действует 100-процентная отрицательная обратная связь по переменной составляющей тока. Имея большое входное и малое выходное сопротивления, схема истокового повторителя широко применяется для согласования высокоомной нагрузки с низкоомной, например, во входных цепях измерительных вольтметров, осциллографов.

4. Основы цифровой схемотехники

4.1. Классификация электронных схем

Все электронные схемы принято делить на два класса:

1. Цифровые схемы (ЦС).

2. Аналоговые схемы (АС).

В цифровых схемах сигнал преобразуется и обрабатывается по закону дискретной функции. В основе цифровых схем лежат простейшие транзисторные ключи (рис. 4.1, а), для которых характерны два устойчивых состояния  разомкнутое и замкнутое. На основе простейших ключей строятся более сложные схемы (например, логические элементы, триггерные устройства и тому подобные схемы).

В аналоговых схемах сигнал преобразуется и обрабатывается по закону непрерывной функции. В основе аналоговых схем лежат простейшие усилительные ячейки, на основе которых строятся сложные многоступенные усилители, стабилизаторы напряжения и тока, генераторы синусоидальных колебаний и тому подобные схемы.

Особенности режимов цифровых и аналоговых схем можно объяснить, используя передаточную характеристику (рис. 4.1, б), которая выглядит одинаково для того и другого класса схем, однако, использование этой характеристики для каждого класса принципиально отличается.

Обозначения, принятые для передаточной характеристики (рис. 4.1, б):

U_вх ⁰  уровень низкого напряжения на входе  уровень логического нуля;

U_вх ¹  уровень высокого напряжения на входе  уровень логической единицы;

U_вых ⁰  уровень низкого напряжения на выходе  уровень логического нуля;

U_вых ¹  уровень высокого напряжения на выходе  уровень логической единицы;

е_п1  уровень напряжения помехи на входе для цифровых схем;

е_п2  уровень напряжения помехи на входе для аналоговых схем;

а) б)

Рис. 4.1. Транзистор в режиме ключа: а  схема ключа; б  передаточная характеристика электронных инвертирующих схем

В транзисторном ключе два его устойчивых соcтояния (замкнутое и разомкнутое) соответствуют точкам А и В. Входные и выходные сигналы могут иметь лишь два уровня U_вх.А и U_вх.В, или U_вых.А и U_вых.В. Форма передаточной характеристики между точками А и В несущественна, так как при ее деформации выходные параметры остаются без изменения (на рис. 4.1, б деформация характеристики показана пунктирной линией). Следовательно, транзисторные ключи (и цифровые схемы) мало чувствительны к разбросу параметров, к температурному дрейфу, временному дрейфу, к внешним электромагнитным помехам и к собственным шумам.

В усилительных каскадах используется участок характеристики между точками СD. Следовательно, входные и выходные сигналы могут принимать любые значения в пределах этого отрезка характеристики. Учитывая возможную деформацию характеристики, делаем вывод о том, что усилительные каскады (аналоговые схемы) очень чувствительны к разного рода помехам, к разбросу параметров, к температурному дрейфу, временному дрейфу.

4.2. Параметры транзисторного ключа

1. Остаточное напряжение и остаточный ток.

Под остаточным напряжением надо понимать уровень напряжения на выходе открытого до насыщения транзистора. Величина остаточного напряжения находится в прямой зависимости от степени насыщения транзистора: чем глубже насыщение транзистора, тем меньше остаточное напряжение на его выходе. Глубокое насыщение наступает в том случае, если транзистор переходит в режим двойной инжекции: инжекция в базу идет и из эмиттера, и из коллектора. Обычное значение остаточного напряжения на выходе насыщенного биполярного транзистора лежит в пределах U_ост=0,050,1В. У полевого транзистора эта величина может быть гораздо меньше.

Под остаточным током подразумевается ток неосновных носителей через закрытый транзистор. Его величина очень незначительна и чаще всего им пренебрегают, но при повышении температуры и частоты с ним приходится считаться.

2. Степень насыщения транзистора в схеме ключа. Существует понятие формального критерия насыщения  когда на коллекторе действует прямое напряжение. Но транзистор обычно работает в режиме заданного тока, поэтому для оценки степени насыщения транзистора более удобен токовый критерий

(4.1)

Характеристики

Список файлов реферата