Гусев - Электроника (944138), страница 56
Текст из файла (страница 56)
4.19, о). Так как затвор электрически соединен со стоком, то оси — — Г2,и. Задавая на оси ординат значения напряжения 2У и, например 5 В, и используя кривую семейства характеристик транзистора, снятую при данном значении напряжения 6',и (в рассматриваемом случае 5 В), находим значение тока Изменяя значения напряжения оси и соответственно учитывая новые значения напряжения гУзи, получим ряд значений тока 1с, которые соединяем плавной кривой 1 (рис. 4.!9, б), представляющей собой вольт-амперную характеристику транзистора РТ2, Для нахождения геометрического места точек, характеризующих совместную работу двух нелинейных приборов, на семействе вольт-амперных характеристик транзистора 1'Т1 (рис.
4.19, в) построим вольт-амперную характеристику транзистора )'Т2 (кривая 1). При этом используем уравнение Уси1+ УУси2 (4.74) гДе оси, и УУси2 — паДение напРЯжениЯ на тРанзистоРах ит1 и ) 'Т2. Задавая напряжение ГУси2, из (4.74) находим значение 1Уси2. По кривой 1 на рис. 4.19, б определяем ток 1с, соответствующий оси 2, и откладываем его на семействе характеристик (рис. 4.19, в) для напряжения оси,. Полученные точки соединяем кривой. Геометрическое месго пересечений кривой с семейством вольт-амперных характеристик транзистора характеризует возможные режимы работы данного каскада.
Так, например, если с помощью резисторов Я2, А2 (рис. 4.19, а) задать на затворе транзистора 12Т1 напряжение 6 В, то рабочая точка находится в положении 0 (рис. 4.19, в), а падение напряжения и ток резистора соответственно равны гУсио, Усе. При изменении напряжения затвора, например при подаче усиливаемого сигнала, напряжение ~У,„„1с2си,— — У„„„) будет изменяться. Причем чем положе идет кривая 1 (рис, 4.19, в), тем большее изменение б2,„„вызывает одинаковое приращение потенциала затвора транзистора ЧТУ.
Соответственно большим будет коэффициент усиления. Используя рис. 4.19,в можно построить передаточную или проходную характеристику каскада (рис. 4.19, г). Для этого по оси абсцисс откладывают значения 1Узи, которые характеризуют входное напряжение, а по оси ординат в сУ,„„= оси,. Наличие зоны неопределенности выходного напряжения обусловлено тем, что когда транзисторы РТ1, )'Т2 заперты, выходное напряжение зависит от паразитных сопротивлений и малых токов утечек, оценка которых обычно не проводится. Аналогичным образом подходят к анализу статического режима в других более сложных случаях.
При применении ЭВМ соответствующий анализ проводят в аналитическом виде. 254 Е 4.4. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ Усилительные каскады на полевых транзисторах управляются напряжением, приложенным или к запертому р-и-переходу (в транзисторах с управляющим р-п-переходом), или между электрически изолированным затвором и подложкой, которая часто соединяется с одним из электродов транзистора (в МДП-транзисторах).
Ток затвора в усилительных каскадах, собранных на полевых транзисторах, мал и для кремниевых структур с управляющим р-и-переходом не превышает 1О ' А. Для МДП-транзисторов этот ток на несколько порядков меньше. Для транзисторов с р-и-переходом входное сопротивление на низких частотах составляет десятки МОм, а для МДП-транзисторов достигает 10З' — 10'З Ом. С повышением частоты входное сопротивление сущее~асино уменыпается из-за наличия емкостей затвор — исток и затвор — сток. При анализе усилительных каскадов на полевых транзисторах с управляющим р-и-переходом оперируют с крутизной характеристики о„,„и током 1„,„, которые соответствуют нулевому напряжению на затворе относительно истока.
Кроме того„обычно необходимо знать напряжение отсечки Дальнейшее рассмотрение будем проводить только для транзисторов этого типа. Анализ усилительных каскадов на полевых транзисторах можно проводить аналитическим или графоаналитическим методом. При анализе используют следующие приближенные основные соотношения, описывающие характеристики полевых транзисторов (см. Ч 2.6): 1с= 1с ... (1 — ~Узи/ ~зи,с)', сии ~нас(1 ~'Зяс ~ЗИ ) сс с~зи ~ ~нач ~ 2~еначС ~'Зи асс Заметим, что в усилительном режиме напряжение бсзн имеет знак, противоположный знаку Гси. Каскад с общим истоком (рис. 4.20, а). Упрощенная эквивалентная схема усилительного каскада с общим истоком для режима малого сигнала показана на рис. 4.20, б.
Эквивалентную схему для режима малого сигнала, характеризующую приращения статических токов и напряжений под влиянием входного управляющего сигнала, получают заменяя активные приборы в принципиальной схеме на их эквивалентные схемы для данного диапазона частот. При этом считают. что все источники постоянного напряжения в цепях замкнуты накоротко, а цепи с источниками постоянного тока — разомкнуты. Справедливость таких допущений обусловлена тем, 255 Рис. 4.20 Усилительный каскад с общим истоком: принципиальная (а) и эквивалент.ная (б) схемы что приращения токов в цепях не меняют падение напряжения на генераторах ЭДС и не отражаются на токах в цепях с генераторами постоянных токов.
Поэтому ими можно пренебречь. При построении малосигнальной эквивалентной схемы каскада источник питания Е замкнут накоротко и вместо полевого транзистора использована его малосигнальная эквивалентная схема. Каскад управляется входным напряжением, которое изменяет ток транзистора. Последовательно с ним включен резистор Я,. Изменение тока через этот резистор приводит к изменению падения напряжения на нем, которое во много раз больше входного сигнала. Активный элемент (полевой транзистор) работает в режиме А. Необходимое смещение обеспечивается за счет падения напряжения на резисторе 1х'„, которое рассчитывается по выбранному току 1со и напряжению смещения Егэно.
тхя Еээио! 1со. (4.75) Для устранения отрицательной обратной связи по переменному току в диапазоне рабочих частот каскада резистор Я„обычно шунтируют конденсатором С„так, чтобы в этом диапазоне частот У„- О Л„=Я„)) Х.; Х,= 1хвС„/ В общем случае для переменного тока сопротивления в цепях истока и стока ~„= й„1() +1таС„я„); (4.7б) Л Я.-Ь '1)ус>С,)) Л.(> 41ыС,Л.) — и, + я„-ь ы(> с',) 1 >ге>с,(л, + я„) ' Справедливость уравнения (4.77) обусловлена тем, что источник питания Е имеет ничтожно малое сопротивление для переменного тока и его зажимы можно считать замкну- 256 б 1с = В 1с з «( (уз и и, ьл„ (4.82) или В 1с = ~ - -; — — — В 1)зи = — — В (узи. (4.83) Л„.+)Г„ч Д,„,,„,, Л,.з- Д„- Л,„,„, где М=-о)х,„,„ф. Изменение напряжения между затвором и истоком не равно входному сигналу, так как из последне~ о вычитается падение напряжения на сопрснивлении в цепи истока: г) Гзи -- — — В (1„„— е) 1с А„.
(4.84) Тогда е(1 =' '* ' " 01 = ' — - -'-*-- — — . (4.85) А,.з К„~Н,„,„,' 1~,9 Н,„,„„9-(1-ГМ)Л„' Выходным сигналом каскада является изменение напряжения на его стоке. е) (''г — ' В 11си+ б 1с Ли = — е( 1с Кс Подставив е) 1с. получим (4.86) В~'с= — — — —— Р,. Л,,„„„ф-,(1ЬМ) Л„' Казффииие нгп усиления кие кади био ми,. де„„й, ~ Л,„„„,з(!' М)Д„' (4.87) (4.88) 9 Зкхкз ЕЬ п1ои тыми накоротко. Поэтому показанное на рис. 4.20, а подключение нагрузки Я„полностью эквивалентно включению паз рузки параллельно сопротивлению )1,. При отсутствии входного сигнала напряжение (1„.„ транзистора определяют из выражения 1'си = Š— 1со (~.
+ )~и) (4.78) Изменение постоянно~о напряжения между затвором и истоком на е) (7зз, приведет к изменению тока сгока г(1е и изменению напряжения на с~оке: ез)с()зс+ )зи) (4.79) В обзцем случае ток стока 1с=1'(Гси, Гзи), поэтому «(1с = ., е(()си+, . е( ()зи. (4.80) гнои 'нзи Учитгявая, что ВС/си,'01с=Яо„диф,' е71с(д(узи — — 5, получим «(1 =«((' „1Л,.„и„ф+5е((7, (4.81) Подставив (4.79) в (4.81), получим Полученное выражение для коэффициента усиления справедливо только для нулевой частоты.
Но так как сопротивление конденсатора С стремится к бесконечности, то все выходное напряжение падает на нем, а на нагрузке полезный сигнал отсутствует. Для получения коэффициента усиления каскада на переменном токе вместо )с, и А„ необходимо подставить г, и К„: К=— (4.89) и, о-я,„.„о-~-(1о-кг) и„ Из (4.89) видно, что коэффициен~ усиления--величина комплексная. Его модуль зависит от частоты сигнала. Для повышения коэффициента усиления каскада, обеспечения постоянного его значения и передачи всего напряжения в нагрузку емкость конденсаторов С, и С выбирают из условия 1 ! — ~ сс„н — - ~ сс„(в полосе рабочих частот).
Тогда у со С, " у со С„ коэффициент усиления МЯ, ~Я„ МЯ,Я„ Я,)л„+и,„„„о л,я„~-л,„, (л,о л„) Разделительный конденсатор С, во входной цепи создает частотно-зависимый делитель напряжения, имеющий коэффициент деления К„„: Л„„ссо С„Я,„ — г,„+ Црое.) 1о-ус С,л„„' где )с,„- входное сопротивление каскада, которое на низкой частоте равно В,. Такой же делитель напряжения есть н на выходе каскада, так как из-за наличия конденсатора С, на сопротивлении нагрузки Я„ будет падать только часть переменной составляющей напряжения на стоке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
