Схема включения с общим истоком: Анализ и расчет статических параметров транзистора в схеме с общим затвором 2

Анализ и расчет статических параметров транзистора в схеме с общим затвором 2

7.Маркировка транзисторов.

Маркировка транзисторов применяемая с 1972 г., предусматривает шестисимвольное буквенно-цифровое обозначение. При этом каждый символ несет следующую информацию о транзисторе. Первый символ – буква или цифра, указывает исходный полупроводниковый материал. Второй символ – буква, обозначает класс прибора: П– полевыe; Т – биполярные транзисторы. Третий символ – цифра (от 1 до 9), указывает на энергетическую и частотную характеристики биполярного и полевого транзисторов. Четвертый и пятый символы цифры (от 01 до 99), указывают порядковый номер разработки приборов. Деление по группам (шестой символ – буква) осуществляют по каким-либо параметрам прибора (коэффициенту передачи тока, обратному напряжению и др.). Например, маркировка КТ905А означает: кремниевый биполярный транзистор, мощность рассеяния более 1,5 Вт, рабочая частота выше 30 МГц, 5-я по порядку разработка, относится по своим параметрам к группе А.

8.Схемы включения.

Как указывалось выше, полевой транзистор может быть включен в схему тремя различными способами:

– с общим истоком,

– с общим стоком,

– с общим затвором.

 

Схема с общим истоком представлена на (рис. 4), она характеризуется высокими входным и выходным сопротивлениями и коэффициентом усиления по напряжению, большим единицы. Эта схема аналогична схеме включения электронной лампы с общим катодом. Входной сигнал подается между затвором и истоком, выходной снимается между стоком и истоком. Оба сигнала находятся в противофазе. Входное сопротивление каскада определяется сопротивлениемр-п-перехода затвора Rзи и достигает 10—1000 Мом на низкой частоте.

Входная емкость с учетом эффекта Миллера определяется междэлектродными емкостями транзистора и коэффициентом усиления каскада по напряжениюKн, при этом

 

                                 Свх = Сзи + (1 + Кн)*Сзс                                       ( 9 )

 

Выходное сопротивление каскада определяется параллельно включенными сопротивлением нагрузки Rн и динамическим сопротивлением стока Rд. При этом

 

                                   Rвых = Rд * Rн / Rд + Rн.                                   ( 10 )

 

Коэффициент усиления каскада по напряжению, как и в случае ламповой схемы, равен:

 

                         

                                 ( 11 )

где

                           

                                                          ( 12 )

собственный коэффициент усиления транзистора по напряжению. При Rд>>Rн получаем: Кн = Sмакс *Rн. При включении в цепь истока резистораR1, обеспечивающего отрицательную обратную связь по току, коэффициент усиления каскада по напряжению уменьшается до величины K’н, равной:

 

                          

                                             ( 13 )

 

Поскольку крутизна вольт-амперной характеристики полевого транзистора является функцией напряжения на затворе, то большие входные сигналы могут заметно искажаться. Поэтому схема с общим истоком может использоваться в качестве малосигнального усилителя с переменным коэффициентом усиления.

                 

Рис.4 Включение полевого транзистора по схеме с общим истоком.

Схема с общим стоком или истоковый повторитель (рис.5) аналогична схеме катодного повторителя на электронной лампе. Входное сопротивление каскада выше, а выходное – ниже, чем в случае схемы с общим истоком; коэффициент усиления по напряжению меньше единицы. Входной сигнал подается между затвором и стоком, а снимается между истоком и стоком. Переворот фазы отсутствует.

Истоковый повторитель может быть использован в качестве трансформатора сопротивлений для связи источника сигнала с высоким выходным сопротивлением и схемы с низким входным сопротивлением.

                          

Рис 5. Включение полевого транзистора по схеме с общим стоком.

Схема с общим затвором (рис.6) аналогична ламповой схеме с общей сеткой. Эта схема характеризуется низким входным и высоким выходным сопротивлениями и может быть использована в качестве трансформатора полных сопротивлений для связи между источником сигнала с низким выходным сопротивлением и схемой с высоким входным сопротивлением.

Входное сопротивление каскада равно:

                                    

                                                  ( 14 )

а входная  емкость Свх равна межэлектродной емкости затвор – исток.

Выходное сопротивление каскада с общим затвором определяется, как и в случае каскада с общим истоком, параллельно включенными сопротивлением нагрузки и динамическим сопротивлением стока (см. формулу ( 10 )).

Коэффициент усиления каскада по напряжению с учетом сопротивления источника сигнала Rг равен:

 

                                      

                               ( 15 )

 

Каскады с общим затвором могут использоваться в высокочастотных схемах, однако в многокаскадных схемах коэффициент усиления снижается из-за несогласованности выходных и входных сопротивлений.

                    

 

Рис.6. Включение полевого транзистора по схеме с общим затвором.

 

9.Система параметров и методика их измерения.

 

По аналогии с ламповой электроникой, в которой за типовую принята схема с общим катодом, для полевых транзисторов типовой является схема с общим истоком. Распространенная в ламповой электронике для характеристики элементов четырехполюсника система проводимостей или         y-параметров, может быть с успехом применена и для характеристики параметров полевых транзисторов.

Для схемы с общим истоком переход от параметров четырехполюсника к параметрам собственно полевого транзистора, независящим от схемы включения, осуществляется довольно просто. При таком включении каждая из проводимостей эквивалентной схемы имеет точный физический смысл, а именно:

1 ) входная проводимость определяется проводимостью участка затвор – исток, т. е.

                              у з.и =    у 11 + у 12                                                      ( 16 )

 

2 ) входная проводимость определяется проводимостью участка сток – исток, т. е.

                                 у и.с = у 22 + у 21                                                       ( 17 )

 

3 ) функция прямой передачи определяется крутизной ВАХ , т. е.

                                 S = y 21 + y 12                                                            ( 18 )

4 ) функция обратной передачи определяется проходной проводимостью

                                  у з.с = – у 12                                                              ( 19 )

Эти параметры принимаются за первичные параметры ПТ, используемого в качестве четырехполюсника. Эквивалентная схема включения ПТ в качестве усилительного элемента имеет вид, представленный на рис. 7. Если первичные параметры четырехполюсника для схемы с общим истоком известны, то можно произвести расчет параметров для любой другой схемы включения ПТ.

В настоящее время нет единой спецификации параметров ПТ и наряду с у – параметрами часто приводятся значения максимального тока стока Iмакс, напряжения отсечки U 0 и крутизны S.

 

Рис. 7. Эквивалентная схема включения ПТ в качестве усилительного элемента.

Информацию об усилительных свойствах полевого транзистора можно получить из рассмотрения семейства статических вольт-амперных характеристик. Методика снятия этих характеристик не отличается от аналогичной методики для вакуумных ламп. Самым простым методом является снятие характеристик по точкам. Поскольку схема с общим истоком является типовой, то обычно при снятии вольт-амперных характеристик стока исток заземляется, а к стоку и затвору подключаются регулируемые источники напряжения соответствующей полярности и измерительные приборы (рис.8).

 

Рис.8 Схема измерения параметров полевых транзисторов.

Полное семейство вольт-амперных характеристик стока можно получить также с помощью характериографа. При этом на сток полевого транзистора необходимо подавать напряжение развертки пилообразной формы, а на затвор – ступенчатое напряжение. Полярности пилообразного и ступенчатого напряжений должны выбираться в соответствии с полярностью испытываемого транзистора.

По семейству вольт-амперных характеристик легко определить величину Iмакс и зависимость тока стока в режиме насыщения от напряжения на затворе.

При определении с помощью статических характеристик напряжения отсечки U0 и крутизны S встречается ряд затруднений. Поскольку переход от омической области к пентодной на вольт-амперных характеристиках происходит плавно, для определенияU0 необходимо измерять напряжение на затворе, при котором ток стока уменьшается до нуля. Так как между истоком и стоком запертого транзистора всегда существует некоторый остаточный ток, то при определенииUо необходимо установить какой-то критерий для остаточного тока стока. Таким критерием может быть определенная величина тока стока, например 0,1 мка, или определенный процент от значения максимального тока стока, обычно 0.1—0.5%.

 

10.Расчетная часть.

Для определения статических параметров используем вольт – амперную характеристику выходную и прямой передачи. Рассмотрим эти характеристики для транзистора КП 103 К. Это транзистор с р-каналом.

Определим статические параметры для схемы с общим затвором.

1 ) Крутизна ( проводимость прямой передачи ) равна:

                       

На характеристике прямой передачи найдем       Icи        Uзи:

                           

                          

2 ) Выходное сопротивление равно:

                           

На выходной характеристике найдем        Uзс и      Ic

                  Uзс = 4 В,     Ic = 0. 2 mA

                            

3 ) Коэффициент усиления по напряжению равен:

                                   = S * Ri

                               = 1.2 * 20 = 24

 

11.Эксперементальное исследования

 

Соберем эксперементальную схему в Worcbench.

Транзистор КП 103 К

 

 

1. Снятие выходной характеристики транзистора.

Будем изменять Езс при постоянном Ези

                                   Uзи = 0.5 В

 

                              Uзс = 4 В           Ic = 0.17 mA

2. Снятие характеристики прямой передачи.

Будем изменять Ези при постоянном Езс

Uзс = -5 В

                                    Uзи = 0.5 В

                                    Ic = 0.7mA

                

                 

                                    

Выводы

 

Чтобы схемы на полевых транзисторах имели широкое применение в будущем, они должны иметь преимущество перед существующими интегральными схемами. В основном эти преимущества не будут в характеристиках. Биполярные интегральные схемы с их низким пороговым напряжением, высоким коэффициентом усиления и низким напряжением насыщения превосходят МОП-схемы, если сравнивать по быстродействию и мощности.

Теория работы полевых транзисторов в настоящее время достаточно хорошо разработана и довольно успешно применяется при конструировании цифровых логических схем

Дальнейшее совершенствование полевых транзисторов развивается в следующих направлениях: увеличение быстродействия, уменьшение размеров и потребляемой мощности, применение новых технологических приемов в изготовлении МОП- и КМОП-структур ИМС, увеличение граничной частоты (быстродействия) и мощности, уменьшение собственных шумов и влияния дестабилизирующих факторов приборов дискретного действия, уменьшение разброса и увеличение стабильности всех параметров полевых транзисторов, создание новых конструктивных разновидностей с использованием как кремния, так и других полупроводниковых материалов, принципиально новых приборов на основе использования свойств и эффектов, присущих полевым транзисторам.

Заключение

          В данной работе рассматривался принцип действия полевого транзистора с p-n переходом. Были рассчитаны статические параметры полевого транзистора с общим затвором теоретически и экспериментально. Небольшие расхождения между статическими параметрами, определенными теоретически и экспериментально, связаны с неточностью графоаналитического метода.

%d1%81%20%d0%be%d0%b1%d1%89%d0%b8%d0%bc%20%d0%b8%d1%81%d1%82%d0%be%d0%ba%d0%be%d0%bc — с русского на все языки

Все языкиАнглийскийРусскийКитайскийНемецкийФранцузскийИспанскийИтальянскийЛатинскийФинскийГреческийИвритАрабскийСуахилиНорвежскийПортугальскийВенгерскийТурецкийИндонезийскийШведскийПольскийЭстонскийЛатышскийДатскийНидерландскийАрмянскийУкраинскийЯпонскийСанскритТайскийИрландскийТатарскийСловацкийСловенскийТувинскийУрдуИдишМакедонскийКаталанскийБашкирскийЧешскийГрузинскийКорейскийХорватскийРумынский, МолдавскийЯкутскийКиргизскийТибетскийБелорусскийБолгарскийИсландскийАлбанскийНауатльКомиВаллийскийКазахскийУзбекскийСербскийВьетнамскийАзербайджанскийБаскскийХиндиМаориКечуаАканАймараГаитянскийМонгольскийПалиМайяЛитовскийШорскийКрымскотатарскийЭсперантоИнгушскийСеверносаамскийВерхнелужицкийЧеченскийГэльскийШумерскийОсетинскийЧеркесскийАдыгейскийПерсидскийАйнский языкКхмерскийДревнерусский языкЦерковнославянский (Старославянский)МикенскийКвеньяЮпийскийАфрикаансПапьяментоПенджабскийТагальскийМокшанскийКриВарайскийКурдскийЭльзасскийФарерскийАбхазскийАрагонскийАрумынскийАстурийскийЭрзянскийКомиМарийскийЧувашскийСефардскийУдмурдскийВепсскийАлтайскийДолганскийКарачаевскийКумыкскийНогайскийОсманскийТофаларскийТуркменскийУйгурскийУрумскийБурятскийОрокскийЭвенкийскийМаньчжурскийГуараниТаджикскийИнупиакМалайскийТвиЛингалаБагобоЙорубаСилезскийЛюксембургскийЧерокиШайенскогоКлингонский

 

Все языкиАнглийскийНемецкийНорвежскийКитайскийИвритФранцузскийУкраинскийИтальянскийПортугальскийВенгерскийТурецкийПольскийДатскийЛатинскийИспанскийСловенскийГреческийЛатышскийФинскийПерсидскийНидерландскийШведскийЯпонскийЭстонскийТаджикскийАрабскийКазахскийТатарскийЧеченскийКарачаевскийСловацкийБелорусскийЧешскийАрмянскийАзербайджанскийУзбекскийШорскийРусскийЭсперантоКрымскотатарскийСуахилиЛитовскийТайскийОсетинскийАдыгейскийЯкутскийАйнский языкЦерковнославянский (Старославянский)ИсландскийИндонезийскийАварскийМонгольскийИдишИнгушскийЭрзянскийКорейскийИжорскийМарийскийМокшанскийУдмурдскийВодскийВепсскийАлтайскийЧувашскийКумыкскийТуркменскийУйгурскийУрумскийЭвенкийскийБашкирскийБаскский

017 полевые-с общим стоком

017 полевые-с общим стоком

1, 2, 3 4 5 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, ОГЛАВЛЕНИЕ СТРАНИЦА 5 Схема с общим стоком. Принципиальная схема усилителя приведена на Рис. 4.5. Рис. 4.5 – принципиальная схема усилителя на ПТ по схеме с общим стоком.   Расчет данной схемы по постоянному току производится аналогично описанной ранее схеме усилителя с общим истоком.   Для расчета стокового повторителя по переменному току воспользуемся линейной моделью усилителя приведенной на Рис. 4.6. При расчете основных параметров каскада. Рис. 4.6 – схема замещения стокового повторителя.    При расчете основных параметров каскада в диапазоне средних звуковых частот разделительными емкостями CP1 и СP2, как и в ранее рассмотренной схеме, можно пренебречь. Методика расстановки направлений напряжений и токов в модели, соответствует рассмотренной ранее при определении k U.

• Определение входного сопротивления.    Входную цепь каскада можно описать в соответсвии со вторым законом Кирхгофа: UВх-UВых=UВх-kU•UВх=IВх•RЗ, тогда: UВх•(1-kU)=IВх•RЗ. Из последнего выражения можно найти входное сопротивление каскада:    Для типовых значений kU=0.9÷0.99, получим RВх≈(10÷ 100)RЗ. Следовательно, такая схема обладает очень большим входным сопротивлением, значение которого может достигать десятков –сотен МОм, которое на 2 – 3 порядка выше входного сопротивления эмиттерного повторителя. • Определение выходного сопротивления.    Для определения выходного сопротивления воспользуемся приведенной ранее методикой, а иллюстрирующая ее электрическая модель приведена на Рис. 4.7. Рис. 4.7 – схема замещения усилителя для определения выходного сопротивления. Данная модель получена из приведенной ранее на Рис. 4.6, если в соответствии с методикой, замкнуть источник входного сигнала вместе с его RВн, а к выходным зажимам повторителя подключить источник ЭДС с напряжением U. В данной схеме ток I=I1+I2, но т.к. I1<<I2 (RЗ – очень велико), то можно допустить, что I≈I2, bU≈UЗИ. Исходя из этого будет справедливо следующее соотношение: U+µ•U=I•Ri.    Выходное сопротивление полевого транзистора в схеме повторителя можно определить в виде:     Полное выходное сопротивление усилителя определяется как параллельное включение R Вых.Тр и RC, тогда: RВых.ус=RВых.Тр||RC. Для типовых параметров маломощных полевых транзисторов RВых порядка десятков – сотен Ом.

Выводы: схема с общим стоком обладает самым большим входным и самым низким выходным сопротивлениями, при коэффициенте усиления по напряжению меньше 1 (0.9÷0.99), а по току много больше 1(≈10³). Следовательно, она аналогична схеме эмиттерного повторителя и также используется в качестве согласующего каскада между источником сигнала с высоким внутренним сопротивлением и низкоомной нагрузкой.

Используются технологии uCoz

Полевые транзисторы — Пособие по электротехнике

Полевой транзистор является очень широко используемым активным (т.

е. способным усиливать сигналы) полупроводниковым прибором. Впервые он был предложен в 1930 году.

       Полевыми транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, в которых выходным током управляют с помощью электрического поля (в биполярных транзисторах выходной ток управляется входным током).

       Полевые транзисторы называют также униполярными, так как в процессе протекания электрического тока участвуют только основные носители.

       Различают два вида полевых транзисторов: с управляющим переходом и с изолированным затвором.

       Устройство полевого транзистора. Схематическое изображение структуры полевого транзистора с управляющим переходом и каналом p-типа приведено на рис 4.1,а условное графическое обозначение этого транзистора – на рис. 4.2,а. Стрелка указывает направление от слоя p к слою n

(как и стрелка в изображении эмиттера биполярного транзистора). В интегральных микросхемах линейные размеры транзисторов могут быть меньше 1 мкм.

Рис. 4.1. Структура полевого транзистора

Удельное сопротивление слоя n (затвора) намного меньше удельного сопротивления слоя p (канала), поэтому область p—n–перехода, обедненная подвижными носителями заряда и имеющая очень большое удельное сопротивление, расположена главным образом в слое p.

       Если типы проводимости слоев полупроводника в рассмотренном транзисторе изменить на противоположные, то получим полевой транзистор с управляющим p—n–переходом и каналом n–типа. Его условное графическое обозначение представлено на рис. 4.2,б.

       Схемы включения транзистора. Для полевого транзистора, как и для биполярного, выделяют три схемы включения. Для полевого транзистора это схемы с общим затвором (ОЗ), общим истоком (ОИ) и общим стоком (ОС). Наиболее часто используют схемы с общим истоком (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Схема включения полевого транзистора с общим истоком (ОИ)

Полевые транзисторы

 

3. 10. Полевые транзисторы

 

Полевые транзисторы, называемые также униполярными или канальными, в отличие от биполярных имеют большое входное сопротивление. Полевые транзисторы подразделяются на полевые транзисторы с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором. Полевые транзисторы с изолированным затвором в свою очередь подразделяются на транзисторы со встроенным каналом и транзисторы с индуцированным каналом. Канал в полевых транзисторах может быть  n или p типа. Канал — это область полевого транзистора, через которую протекают основные носители заряда. Величина тока в канале управляется электрическим полем.  Транзисторы, как правило, имеют три вывода. Вывод, от которого в канал приходят основные носители заряда, называется истоком.  Вывод, к которому носители заряда приходят из канала, называется стоком. Вывод, на который подается управляющее напряжение относительно истока или стока, называется затвором.

Название транзисторы получили вследствие особенностей работы. Полевыми транзисторы называют потому, что управление током в выходной цепи транзистора осуществляется электрическим полем во входной цепи. Канальными транзисторы называют потому, что ток в выходной цепи транзистора протекает через его канал. Униполярными транзисторы называют потому, что в работе транзистора принимают носители одной полярности. Условные обозначения полевых транзисторов приведены в начале этой главы. В условных обозначениях полевых транзисторов на принципиальных схемах стрелка направлена к каналу n-типа, или от канала p-типа. Индуцированный (наведенный электрическим полем) канал, обозначается пунктиром.

Рассмотрим принцип работы полевого транзистора с управляющим p-n переходом с каналом n-типа (рис. 3.40а). Знаком плюс показана повышенная концентрация носителей заряда. Области истока и стока делаются с повышенной проводимостью для того, чтобы уменьшить бесполезное падение напряжения на них. Повышенной проводимостью обладает и область затвора с целью увеличения запирающего слоя в сторону канала при увеличении управляющего напряжения. В таких транзисторах управляющее напряжение прикладывается к p-n переходу затвор-исток в обратном направлении.

Если увеличивать напряжение между затвором и истоком в указанной полярности, то запирающий слой p-n перехода становится толще и площадь поперечного сечения канала уменьшается. Сопротивление канала постоянному току увеличивается и ток стока становится меньше. Зависимость тока  стока  от напряжения затвор-исток при постоянном напряжении сток-исток называется

стокозатворной характеристикой  полевого транзистора. Стоковая характеристика полевого транзистора для схемы включения транзистора с общим истоком – это зависимость тока стока от напряжения сток-исток при постоянном напряжении затвор-исток.

Проставим полярность подключения источников напряжения во входной и выходной цепях полевого транзистора с управляющим p-n переходом с каналом n типа для схемы включения транзистора с общим истоком (рис. 3.41). Мы знаем определения выводов транзистора и то, что p-n переход затвор-исток смещается в обратном направлении. Следовательно, основные носители заряда электроны должны двигаться в соответствии с определением выводов транзистора от истока к стоку, т.е. снизу вверх. Чтобы электроны двигались в таком направлении необходимо в выходной цепи транзистора плюс источника питания подключить к стоку, минус к истоку. Для смещения p-n перехода затвор-исток в обратном направлении необходимо к затвору подключить минус источника, а к истоку плюс. Стокозатворная характеристика полевого транзистора с управляющим p-n переходом с каналом n-типа для схемы включения транзистора с общим истоком приведена на рисунке  3.42а, а стоковые характеристики на рисунке 3.42б.

На рисунке 3.40 б схематично показано устройство полевого транзистора с изолированным затвором со встроенным каналом n-типа. На затвор относительно истока такого транзистора можно подавать управляющее напряжение обеих полярностей. Семейство стоковых характеристик данного транзистора приведено на рисунке 3.43 б, а на рисунке 3.43 а – одна из его стокозатворных характеристик. При подаче на затвор относительно  истока положительного напряжения в канал будут приходить электроны из областей стока, истока и кристалла p-типа и ток в цепи сток-исток будет увеличиваться. Такой режим работы называют режимом обогащения носителей заряда  в канале. При подаче на затвор относительно истока отрицательного напряжения канал транзистора обедняется основными носителями заряда и ток стока уменьшается. Этот режим работы транзистора называется режимом обеднения.

Транзисторы характеризуют рядом параметров. Начальный ток стока — это ток стока при напряжении между затвором и истоком равном нулю и напряжении сток исток равном или превышающем напряжение насыщения. Напряжением насыщения называют напряжение сток-исток, начиная с которого ток стока практически не увеличивается при увеличении напряжения сток-исток при заданном напряжении затвор-исток. Ток утечки затвора — это ток затвора между затвором и остальными выводами транзистора, замкнутыми между собой. Обратный ток перехода затвор-исток при разомкнутом выводе стока — это ток в цепи затвор-исток при заданном обратном напряжении между затвором и истоком и разомкнутом выводе стока. Напряжение отсечки полевого транзистора — это напряжение затвор-исток для транзисторов с управляющим p-n переходом и транзисторов с изолированным затвором со встроенным каналом, при котором ток стока достигает заданного значения, обычно 10 мкА.

Пороговое напряжение полевого транзистора — это напряжение затвор-исток для транзисторов с изолированным затвором с индуцированным каналом (рис. 3.40в), при котором ток стока достигает заданного значения (рис. 3.44), обычно 10мкА. При отсутствии напряжения между затвором и истоком ток в цепи сток-исток не протекает, т.к. один из p-n переходов оказывается включенным в обратном направлении. При определенном напряжении затвор-исток в области, прилежащей к затвору, наступает инверсия проводимости и в цепи сток-исток появляется ток.

К предельным параметрам полевых транзисторов относятся: максимальный ток стока; максимально допустимые напряжения между выводами сток-исток, затвор-исток, затвор-сток; максимально допустимая мощность рассеяния; максимальная и минимальная температура окружающей среды.

 

 

Схем ы включения транзисторов — Энциклопедия по машиностроению XXL

На рис. 8.36, б приведена схема включения транзистора в цепь к истоку подается плюс, к стоку—минус источника напряжения Уст, к затвору — минус источника Vg-Для простоты рассмотрения будем считать, что поверхностные состояния отсутствуют. Тогда свойства  [c.252]

Усилители напряжения низкой частоты на транзисторах по сравнению с усилителями на электронных лампах отличаются некоторыми особенностями. Транзистор управляется не напряжением, как радиолампа, а током его параметры и усилительные свойства — функции рабочих токов, а токи эти зависят от температуры транзистора. Поэтому стабилизация режима транзистора по постоянному току (стабилизация тока коллектора) — непременное условие хорошей работы схемы. В зависимости от того, какой электрод транзистора является общим для входной и выходной цепей усилителя, различают три схемы включения транзистора с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Параметры транзистора и усилителя для каждой из этих схем различны. Схема с ОЭ, имеющая наибольшее усиление по мощности и средние значения величин входного и выходного сопротивлений, применяют в усилителях чаще других.  [c.251]

Рис. 90. Схема включения транзистора тппа р—п—р

Рис. 39. Принципиальная схема включения транзистора в цепь зажигания

Биполярные транзисторы — полупроводниковые приборы, используемые для усиления сигналов. В зависимости от силы тока, проходящего через переход база — эмиттер, меняется сопротивление перехода коллектор -г- эмиттер. Наиболее распространенной является схема включения транзистора с общим эмиттером, где входное напряжение подается на переход база — эмиттер, а выходное напряжение снимается с перехода коллектор — эмиттер (рис. 3.20). Параметры транзисторов описываются семейством входных характеристик /б = /( /бз) и семейством выходных характеристик /к = Я Укэ). Используя эти характеристики, можно установить связь между силой токов через переходы транзистора и приложенными к ним напряжениями, рассчитать коэффициент усиления транзистора / 21=/к//б, определить, в каком состоянии находится транзистор, и оценить, не произошло ли превышение предельно допустимых значений его параметров.  [c.470]

Рис. 4. Схемы включения транзистора с общим эмиттером (а), с общей базой (б) и с общим коллектором (е)

Передача (усиление) тока транзисторами либо полностью, либо частично связана с процессом диффузии поэтому верхняя граничная частота усиливаемого сигнала в П. у., как правило, определяется пе величинами паразитных емкостей и паразитных индуктивностей, как в обычном ламповом усилителе, а временем пролета т,-,р носителей тока (дырок или электронов) в базовой области транзистора Т ,р определяет т. н. критич. частоту транзистора /ц. В П. у. обычно /ц s /ц, к-рая лежит в интервале 108—108 гц (/ц обычных ламповых усилителей — 10 гц) и существенно зависит от схемы включения транзистора. Последнее связано с тем, что в различных схемах П. у. (рис. 1) усиливаемый сигнал тока изменяет эмиттерный или базовый токи транзистора, обусловленные различными носителями (основными или неосновными). Напр., в случае транзистора типа р—п р в П. у. с общей базой приходящий сигнал изменяет эмиттерный ток, т. е. количество дырок (неосновных носителей), инжектируемых в базовую область. Дырки диффундируют через базу со средним временем пролета tj,p, определяющим /ц г l T jp. В этом случае = / . В П. у. с общим эмиттером усиливаемый сигнал изменяет ток базы 1 , обусловленный гл. обр. процессом рекомбинации.  [c.127]

Из трех возможных схем включения транзисторов в усилителях наиболее широко используется схема с общим эмиттером. При таком включении транзистор обеспечивает наибольший ко фициент усиления и имеет в десять раз большее входное сопротивление, чем при включении по схеме с общей базой.  [c.142]

Схемы включения транзисторов р-п-р и п-р-п отличаются полярностью подключения источников питания.  [c.170]

Схемы включения транзисторов  [c.171]

Недостатков, присущих фильтрам ФК (малый к. п. д. и большое гвых), нет в схемах фильтров ФЭ на основе эмиттерного повторителя, приведенных на рис. 3.7, а и б. Эмиттерный повторитель в качестве фильтра имеет два важных преимущества его выходное сопротивление меньше, чем у всех других схем включения транзистора, и составляет величину от десятых до единиц ома, а его коэффициент усиления по напряжению немного меньше единицы. Из этого ясно, что в фильтре ФЭ легче ослабить влияние зависимой э. д. с. а/эгк- Кроме того, автоматическое смещение на базу уменьшает влияние изменения температуры окружающей среды и смены транзисторов на режим работы фильтра.  [c.141]

Из трех схем включения транзистора с общей базой ОБ, общим эмиттером ОЭ и общим коллектором ОК — для коммутации мощных цепей наиболее приемлемой является схема включения с общим эмиттером (в схеме ОБ сила тока управления больше нагрузочного тока, в схеме ОК амплитуда управляющего напряжения должна превышать выходное).  [c.188]

Усилители на транзисторах. В диапазоне СВЧ так же, как и на более низких частотах, в усилителях используются три схемы включения транзистора с общим эмиттером, с общей базой и с общим коллектором. Усиление на каскад, как правило, получается малым, поэтому используются многокаскадные схемы. Выполняются усилители в гибридно-интегральных конструкциях.  [c.96]

Транзистор симметричный — транзистор, электрические характеристики которого практически не изменяются при перемене местами (в схеме включения) коллекторного и эмиттерного выводов.  [c.159]

При включении транзистора по схеме, представленной на рисунке 162 (схема с общим эмиттером), отношение изменения тока коллектора к изменению тока базы Л/ является отношением изменения выходного тока А/дых к изменению входного тока A/jj. Это отношение называется коэффициентом усиления по току  [c.161]

Включение транзистора по схеме с общим эмиттером  [c.364]

В обычных условиях для коэффициента усиления р удается получить значения около 50 и больше. При включении транзистора по схеме с общим эмиттером он действует как усилитель тока.  [c.365]

Включение транзистора по схеме с общей базой  [c.366]

Схема полевою транзистора а) и его включение в схемы (б)  [c. 366]

Параметры транзисторов зависят от схем включения и режимов работы. Наиболее распространены две схемы включения с общей базой (ОБ) и с общим эмиттером (ОЭ). Основными параметрами транзисторов. в этих схемах являются коэффициенты усиления по току а (для схемы ОБ) и (для схемы ОЭ), граничная чистота усиления по току а также предельно-  [c.151]

В отличие от рассмотренных схем в генераторной установке применена принципиально отличающаяся схема включения цепи питания обмотки возбуждения и регулятора напряжения. Обмотка возбуждения и выходной транзистор УТ вместе с гасящим диодом У0 выключены между нулевой точкой обмотки статора и корпусом. Питание обмотки возбуждения от аккумуляторной батареи при замкнутых контактах выключателя 5 и неработающем двигателе осуществляется через подпиточный резистор / под- Ток при этом не превышает 0,3 А. При разомкнутых контактах выключателя 5 выходной транзистор закрыт и ток в обмотку возбуждения не поступает.  [c.55]

Применение такой схемы питания обмотки возбуждения позволило применить такой же ротор, как у 14-вольтовых генераторов. Кроме того, такая схема включения обеспечивает уменьшение перенапряжения на выходном транзисторе, когда он находится в закрытом состоянии, за счет уменьшения более чем в 2 раза напряжения питания  [c.56]

Контроль ряда параметров бесконтактных систем зажигания имеет свои особенности. Так как в этих системах отсутствуют контакты, а-их функцию выполняет выходной транзистор, угол замкнутого состояния будет относиться к выходному транзистору. Для определения угла замкнутого состояния, асинхронизма искрообразования и характеристик центробежного и вакуумного регуляторов на стенде собирается схема (рис. 7.5), аналогичная схеме включения системы зажигания на автомобиле, но вместо катушки зажигания устанавливают резистор Я. Затем с помощью привода стенда устанавливают заданную частоту вращения валика датчика-распределителя. При этом падение напряжения на резисторе Я, которое пропорционально углу замкнутого состояния, подают на схему измерения. Стенд СПЗ-12 содержит также синхроноскоп, конструкция которого отличается от рассмотренной выше. Вместо неоновой лампы, расположенной под щелью, в данном случае на вращающемся диске закреплены светодиоды. В зависимости от числа коммутаций, которое должен обеспечить выходной транзистор (четыре, шесть или восемь) за один оборот валика датчика-распределителя, в схему подключается такое же число светодиодов. Каждый из светодиодов коммутируется последовательно один за другим и излучает свет в периоды, когда вы-  [c.124]

Третий вариант схемы предусматривает включение нагрузочного сопротивления в эмиттерный участок цепи. Общим электродом является коллектор. Эта схема обеспечивает усиление тока и мощности, но без увеличения напряжения. Третий вариант включения транзистора час-  [c.62]

На рис. 7.11 приведена принципиальная электрическая схема универсального усилителя, предназначенного для работы в устройствах, допускающих включение транзисторов по схеме с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором в цветных и черно-белых телевизионных приемниках.  [c.317]

При переключении S/1 в положение II или III на выводе / реле 52.3747, соединенному с входом операционного усилителя DA, появляется напряжение. Операционный усилитель обеспечивает периодический заряд конденсаторов С2 и СЗ, разряд которых на цепь база — эмиттер транзистора VTI открывает его и транзистор VT2, обмотка реле KV через переход эмиттер — коллектор VT2 и вывод 15 подключается к бортовой сети, реле срабатывает, замыкает контакты KV.1, включая через вывод S электродвигатель стеклоочистителя в работу на малой скорости. После разряда конденсаторов С2 и СЗ цепь базы транзистора VTI обесточивается и закрывается транзистор VT2, стеклоочиститель отключается. Появление напряжения на выводе S реле 52.3747 происходит с частотой 14 циклов в 1 мин. Реле 52.3747 при включении стеклоомывателя одновременно включает в работу и двигатель стеклоочистителя на малой скорости. Это обеспечивается схемой на транзисторах УТЗ, VT4. При переводе выключателя в положение VI (стеклоочиститель включен) через вывод 86 происходит смещение в прямом направлении перехода база — эмиттер транзистора VT4. Следствием этого является переход в открытое состояние транзисторов VT4, УТЗ, VTI и УТ2. Реле КУ замыкает контакты КУЛ, и стеклоочиститель вступает в работу.  [c.295]

Ослабление температурного дрейфа может быть достигнуто соответотвующим выбором схем включения транзисторов в последующих каскадах усилителя. Если собственный тепловой ток коллекторной цепи последующего каскада меет направление, встречное тепловому току предыдущего каскада, суммарный тепловой дрейф усилителя существенно уменьшается. Подобный метод возможен в схемах, где транзисторы включены с общим эмиттером.  [c.67]

Принципиальная схема приемника приведена на рис. 25. Она представляет собой однодиапазаиный вариангг схемы рис. 18, в которой упрощена входная цепь, изменена схема включения транзистора Тз УПЧ, УНЧ выполнен по бестрансформаторной схеме и понижено начальное напряжение питания с 9 до 4,5 в.  [c.44]

Основнрле параметры транзистора входное и выходное сопротивление, коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности — зависят не только от схемы включения, но и от состояния и режима его работы Из приведенных схем наибольшее применение в аппаратах и системах автоматики получила схема включения транзистора с общим эмиттером. Эта схема дает возможность получить наибольший коэффициент усиления по мощности, достигающий нескольких тысяч, в то время как в двух других схемах (см. рис. 4, б и в) он измеряется десятками или сотнями.  [c.12]

На рис. в.8 приведена схема включения транзистора тина р-п-р с дырочной проводимостью, используемого в качестве элеит-роматнитного реле. Если напряжение в проводах входной цепи 1 (эмиттер—база у транзистора) неодинаково (рис. 6.8а) и на базу  [c.66]

Т ранзисторы — представляют собой трехэлектродные полупроводниковые элементы. Возможны три схемы включения транзистора  [c.35]

Наибольшее распространение получили УРЧ с включением транзистора по схеме р общим эмиттером, что позволяет получать большее усиление по сравнению со схемой включения транзистора с общей базой. Однахо для получения устойчивого коэффициента усиления В блоках УКВ транзистор в УРЧ включают по схеме с общей базой.  [c.5]

Рис. 4Л, Схема включения транзистора IRG4PII50LID нри анализе но постоянному ток

Измерение статических характеристик производится для маломощного биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, в режиме анализа по постоянному току (Апа1уз1з>0С). Сначала измерения проводятся при стандартной температуре +27°С, а затем в интервале температур. Схема включения транзистора показана на рис. П7.  [c.357]

Благодаря использованию транзисторов с высоким коэффициентом усиления и каскодных схем включения удается исключить дополнительный источник питания, а питание базовой цепи производить от напряжения на данном элементе. Опорный сигнал для питания базы в такой схеме снимается с кремниевого диода в прямом включении (рис. 27). Нелинейные элементы, построенные по такой схеме, имеют вольт-амперные характеристики, которые образуют семейство параболических кривых. Для настройки этих характеристик служат резисторы R2, R3, R4 и R5. Проведены испытания схемы с различными типами транзисторов, цель которых — исследование погрешности элементов от временного дрейфа и температуры, изучение стабильности нелинейной характеристики и точности аппроксимации заданных кривых вольт-амперными характеристиками нелинейного элемента [206].  [c.106]

Часть схемы на транзисторах VTI, УТЗ, УГ4 и УТБ является регулирующим элементом. Интерес представляют транзисторы УТ4 и УТ5, включенные по схеме составного транзистора (схема Дарлингтона). При такой схеме включения два транзистора рассматриваются как один с большим коэффициентом усиления. Применение составного транзистора в выходной цепи регулятора напряжения позволило снизить силу его базового тока, а следовательно, исключить применение в базовой цепи резистора большого  [c.36]

---

Полевые транзисторы.

Полевой транзистор в отличие от биполярного иногда называют униполярным транзистором, так как его работа основана на использовании только одного типа носителей — либо электронов, либо дырок. Основным способом движения носителей заряда, образующих ток полевого транзистора, является дрейф в электрическом поле. Проводящий слой, в котором создается рабочий ток полевого транзистора, называют каналом.

 

Полевой транзистор — полупроводниковый усилительный прибор, которым управляет не ток (как в биполярном транзисторе), а электрическое поле (отсюда и название — полевой), осуществляющее изменение площади поперечного сечения проводящего канала. При этом изменяется выходной ток транзистора. Каналы могут быть приповерхностными (транзисторы с изолированным затвором) и объемными (транзисторы с управляющим р-n-переходом). Приповерхностный канал представляет собой либо обогащенный слой, образующийся за счет донорных примесей в полупроводнике, либо инверсный слой, возникающий под действием внешнего поля. Такой полевой транзистор имеет классическую структуру металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структуру), в которой роль диэлектрика, как правило, играет оксид (например, двуокись кремния SiО2). Поэтому полевой транзистор с такой структурой часто называют МДП- или МОП-транзистором (металл-оксид-полупроводник).

Металлический электрод, создающий эффект поля, называют затвором (З), два других электрода — истоком (И) и стоком (С). Исток и сток в принципе обратимы. Истоком служит тот из них, из которого при соответствующей полярности напряжения между истоком и стоком в канал поступают основные носители заряда, а стоком — тот электрод, через который эти носители уходят из канала во внешнюю цепь. В зависимости от того, какой из выводов является общим для входа и выхода, различают три схемы включения полевого транзистора: с общим истоком (ОИ), с общим затвором (ОЗ) и общим стоком (ОС). Наибольшее распространение на практике нашла схема ОИ.

 

Принцип работы полевого транзистора. В полевом транзисторе с объемным каналом площадь поперечного сечения канала меняется за счет изменения площади обедненного слоя обратно включенного р-n-перехода. На рис. 10.9 показана схема включения полевого транзистора с управляющим р-n-переходом, выполненным в виде кольца, охватывающего n-область. Эта схема включения соответствует схеме с ОИ.

На р-n-переход затвор-исток с помощью источника питания подается обратное напряжение U_ЗИ. При его увеличении глубина d обедненного слоя (заштрихованная область на рис. 10.9) возрастает, а токопроводящее сечение b канала сужается. При этом увеличивается сопротивление канала, а следовательно, снижается выходной то I_С транзистора. Поскольку напряжение U_ЗИ прикладывается к р-n-переходу в обратном направлении, ток I_З ничтожно мал и практически мало зависит от управляющего напряжения. Вследствие этого для полевых транзисторов входная характеристика не имеет практического значения.

 

 

Рис. 10.9. Схема включения полевого транзистора с управляющим р-n-переходом

 

 

Рис. 10.10. Статические вольт-амперные характеристики полевых транзисторов с управляющим р-n-переходом (схема с ОИ): а -выходные; б — передаточные

 

При расчете цепей с полевыми транзисторами используют передаточные и выходные ВАХ. На рис. 17.10, а, б приведены соответственно выходные и передаточные характеристики полевого транзистора с управляющим р-n-переходом для схемы включения с ОИ. Очевидно, что эти характеристики имеют нелинейный характер.

Реальная структура МДП-транзистора с каналом n-типа показана на рис. 10.11. Металлический затвор изолирован от полупроводниковой подложки слоем диэлектрика (отсюда эквивалентное название МДП-транзистора — полевой транзистор с изолированным затвором). Пусть напряжение на затворе отсутствует, т. е. UЗИ=0. Если между стоком и истоком подвести напряжение указанной на рис. 10.11 полярности, то при нулевом потенциале на затворе на пути от истока к стоку окажутся два встречно включенных р-n-перехода. Поэтому токопроводящее сечение канала b будет обладать большим сопротивлением, а выходной ток I_C окажется ничтожно мал (примерно равен обратному току р-n-перехода). Если подать на затвор отрицательное напряжение U_ЗИ, то поверхностный слой подложки р-типа, прилегающий к металлизированной пластине затвора, обогатится дырками и значение тока I_C практически не изменится. Если же приложить к затвору небольшое положительное напряжение U_ЗИ и постепенно его повышать, то дырки под действием поля, создаваемого положительным напряжением затвора, будут уходить из поверхностного слоя в глубь подложки, а электроны — притягиваться, образуя обогащенный электронами поверхностный слой подложки, примыкающий к пластине затвора. Количество этих электронов значительно меньше, чем в областях подложки n-типа, примыкающих к истоку и стоку. Однако этого количества электронов по отношению к основным носителям заряда для р-области становится достаточно, по мере возрастания положительного напряжения на затворе, для образования слоя противоположной проводимости по отношению к подложке р-типа — инверсного слоя. Этот инверсный слой и является токопроводящим каналом n-типа, замыкающим две другие n-области подложки, примыкающие к истоку и стоку. Такой канал называется индуцированным, т. е. наведенным полем затвора. Таким образом, индуцированные каналы отсутствуют в равновесном состоянии и образуются под действием внешнего напряжения определенной полярности и определенного значения. Напряжение на затворе, при котором возникает токопроводящий канал, называется пороговым. Если выбрать подложку n-типа, а области истока и стока сделать р-типа, то получится МДП-транзистор с индуцированным р-каналом.

 

Рис. 10.11. Структура МДП-транзистора

 

В МДП-транзисторах со встроенным каналом у поверхности полупроводника под затвором, при нулевом напряжении на затворе относительно истока, существует инверсный слой — проводящий (встроенный) канал. Этот канал практически реализуют в виде тонкого приповерхностного слоя с помощью ионного легирования. МДП-транзисторы со встроенным каналом могут работать при обеих полярностях напряжения на затворе. Передаточные и выходные ВАХ данного транзистора, включенного по схеме с ОИ, показаны на рис. 10.13.

Значение выходного тока I_C полевого транзистора, как видно из вышеизложенного, зависит от приложенного к затвору напряжения. Причем эта зависимость нелинейная. Поэтому полевой транзистор, как и биполярный, является управляемым нелинейным элементом цепи.

Основными параметрами, характеризующими полевой транзистор как нелинейный элемент, являются:

 

коэффициент усиления по току

входное сопротивление

 

 

коэффициент усиления по напряжению

 

дифференциальное выходное (внутреннее) сопротивление

 

крутизна (определяется по передаточной характеристике)

 

 

Рис. 10.12. Переходные (а) и выходные (б) ВАХ МДП-транзистора с индуцированным каналом

 

Рис. 10.13. Переходная (а) и выходные (б) ВАХ МДП-транзистора со встроенным n-каналом

Входное сопротивление R_вх полевого транзистора очень велико (несколько МОм), поскольку, как отмечалось, значение тока затвора I_З очень мало.

Значение параметра R_вых определяют при работе транзистора в режиме насыщения как котангенс угла наклона выходной характеристики. Так как для полевых транзисторов режиму насыщения соответствует пологая часть выходной характеристики, то в рабочей области этот угол мал и, следовательно, выходное сопротивление оказывается достаточно большим (сотни кОм).

Крутизна передаточной характеристики отражает степень влияния входного напряжения на выходной ток, т. е. эффективность управляющего действия затвора, и составляет 1… 5 мА/В. Последние три параметра связаны соотношением

 

Особенности полевого транзистора. Из принципа действия полевого транзистора вытекают две основные его особенности: в установившемся режиме работы входной ток полевого транзистора стремится к нулю (т. е. R_вх стремится к бесконечности) инерционность полевого транзистора в отличие от биполярного обусловлена только процессами перезаряда его р-n-переходов.

Следует отметить, что конструкция полевого транзистора предполагает получение больших значений входных и выходных емкостей прибора. Последнее с увеличением частоты входного сигнала приводит к фактическому падению коэффициента усиления каскада на полевом транзисторе. Действительно, по постоянному току коэффициент усиления полевых транзисторов стремится к бесконечности (входной ток стремится к нулю). При увеличении частоты входного сигнала входной ток полевого транзистора, определяемый его входной емкостью, растет, что эквивалентно снижению значения коэффициента усиления. Поэтому принято считать, что в общем случае по быстродействию, усилению и частотным свойствам полевой транзистор, как правило, не имеет преимуществ перед биполярным транзистором.

Основными преимуществами полевого транзистора являются его высокое входное сопротивление по постоянному току и большая технологичность. Последнее обусловливает широкое применение полевых транзисторов при разработке цифровых интегральных схем.

Дискретные полевые транзисторы, выпускаемые промышленностью, классифицируют по мощности и частоте аналогично биполярным.

 

---

13.2: Усилители с общим истоком на полевых МОП-транзисторах

Прежде чем мы сможем исследовать усилитель с общим источником, необходима модель переменного тока как для DE-, так и для E-MOSFET. Упрощенная модель состоит из источника тока, управляемого напряжением, и входного сопротивления \ (r_ {GS} \). Эта модель показана на рисунке \ (\ PageIndex {1} \). Модель по существу такая же, как и для JFET. Технически сопротивление затвор-исток у полевого МОП-транзистора выше из-за изолированного затвора, и это полезно в конкретных приложениях, таких как конструкция электрометров, но для работы общего назначения это незначительное различие.Сопротивление, связанное с источником тока, не отображается, поскольку оно обычно достаточно велико, чтобы его можно было игнорировать. Аналогично не показаны емкости устройства. Стоит отметить, что емкости, связанные с небольшими сигнальными устройствами, могут составлять всего несколько пикофарад, однако силовое устройство может показывать значения в несколько нанофарад.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Модель устройства переменного тока для полевых МОП-транзисторов.

Поскольку модель устройства одинакова для DE- и E-MOSFET, анализ усиления напряжения, входного и выходного сопротивления будет применяться к обоим устройствам.Единственными практическими различиями будут способ определения крутизны и вариации схемы из-за различных требований смещения, которые будут влиять на входной импеданс. Фактически, будет большое единообразие между схемами на JFET и схемами DE-MOSFET, работающими в режиме истощения.

Эквивалент переменного тока затопленного усилителя с общим источником показан на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). Это общий прототип, который подходит для любых вариантов устройства и типа смещения. В конечном итоге все усилители могут быть уменьшены до этого эквивалента, иногда с опущением некоторых значений сопротивления (разомкнутых или закороченных).Например, если усилитель не заболочен, то \ (r_S = 0 \). Точно так же \ (r_G \) может соответствовать одному резистору смещения затвора или может представлять собой эквивалент пары резисторов, которые устанавливают делитель напряжения затвора.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Эквивалент общего усилителя с общим источником.

13.2.1: усиление напряжения

Чтобы вывести уравнение для усиления по напряжению, мы начнем с его определения, а именно с того, что усиление по напряжению — это отношение \ (v_ {out} \) к \ (v_ {in} \).Затем мы перейдем к выражению этих напряжений через их эквиваленты по закону Ома. Обратите внимание, что \ (r_L \) также может называться \ (r_D \).

\ [A_v = \ frac {v_ {out}} {v_ {in}} = \ frac {v_L} {v_G} = \ frac {v_D} {v_G} \\ A_v = \ frac {−i_D r_L} {i_D r_S + v_ {GS}} \\ A_v = \ frac {−g_m v_ {GS} r_L} {g_m v_ {GS} r_S + v_ {GS}} \\ A_v = — \ frac {g_m r_L} {g_m r_S + 1} \ label {13.1} \]

или, если желательно,

\ [A_v = — \ frac {g_m r_D} {g_m r_S + 1} \ label {13.1b} \]

Это общее уравнение для усиления напряжения.Если усилитель не заболочен, первая часть знаменателя выпадает, и коэффициент усиления упрощается до

.

\ [A_v = −g_m r_L \ label {13.2} \]

или поочередно

\ [A_v = −g_m r_D \ label {13.2b} \]

Затухающий резистор, \ (r_S \), играет здесь ту же роль, что и для BJT и JFET. Swamping помогает стабилизировать усиление и уменьшить искажения, но за счет увеличения напряжения.

13.2.2: Входное сопротивление

Возвращаясь к рисунку \ (\ PageIndex {2} \), входное сопротивление усилителя будет \ (r_G \) параллельно импедансу на выводе затвора, \ (Z_ {in (gate)} \) .{12} \) Ом. В большинстве практических схем \ (r_G \) будет намного меньше, поэтому

\ [Z_ {in} = r_G || r_ {GS} \ приблизительно r_G \ label {13.3} \]

Важно повторить, что \ (r_G \) — это эквивалентное сопротивление, видимое перед выводом затвора, которое видно с точки наблюдения \ (V_ {in} \). В случае самосмещения, комбинированного смещения, нулевого смещения и смещения постоянного тока это будет единственный резистор смещения \ (R_G \). Для простого смещения делителя напряжения \ (r_G \) будет параллельной комбинацией двух резисторов делителя (т.е.е., \ (R_1 || R_2 \)). Для развязанного смещения делителя напряжения, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {3} \), \ (r_G \) будет резистором развязки (то есть \ (R_3 \)), который подключен между делителем и затвором. Это связано с тем, что узел делителя соединен с землей через конденсатор. Наконец, для смещения обратной связи стока \ (r_G \) — это Millerized \ (R_G \), который соединяет сток и затвор.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): разделенный делитель напряжения.

13.2.3: Выходное сопротивление

Вывод выходного импеданса не отличается от случая JFET.С точки зрения нагрузки, выходным сопротивлением будет резистор смещения стока \ (R_D \), параллельный внутреннему сопротивлению источника тока в модели устройства. \ (R_D \) имеет тенденцию быть намного ниже этого значения, и, таким образом, выходной импеданс может быть аппроксимирован как \ (R_D \).

Следовательно, мы можем констатировать

\ [Z_ {out} = r_ {model} || R_D \ приблизительно R_D \ label {13.4} \]

Здесь приведено множество примеров, чтобы проиллюстрировать некоторые из бесчисленных комбинаций.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Для усилителя, показанного на рисунке \ (\ PageIndex {4} \), определите входное сопротивление и напряжение нагрузки. \ (V_ {in} \) = 20 мВ, \ (V_ {DD} \) = 20 В, \ (R_G \) = 1 M \ (\ Omega \), \ (R_D \) = 1,8 k \ (\ Омега \), \ (R_ {SW} \) = 20 \ (\ Omega \), \ (R_S \) = 400 \ (\ Omega \), \ (R_L \) = 12 к \ (\ Омега \), \ (I_ {DSS} \) = 40 мА, \ (V_ {GS (off)} \) = -1 В.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Схема для примера \ (\ PageIndex {1} \).

Усилитель с общим стоком, использующий самосмещение.\ (Z_ {in} \) можно определить с помощью осмотра.

\ [Z_ {i n} = Z_ {i n (ворота)} || R_G \ nonumber \]

\ [Z_ {i n} \ приблизительно 1 M \ Omega \ nonumber \]

Чтобы найти напряжение нагрузки, нам понадобится коэффициент усиления по напряжению, а чтобы найти коэффициент усиления, нам сначала нужно найти \ (g_ {m0} \).

\ [g_ {m0} = — \ frac {2 I_ {DSS}} {V_ {GS (off)}} \ nonumber \]

\ [g_ {m0} = — \ frac {80 мА} {- 1 В} \ nonumber \]

\ [g_ {m0} = 80 мс \ nonumber \]

Объединенное значение постоянного тока \ (R_S \) равно 420 \ (\ Omega \), поэтому \ (g_ {m0} R_S \) = 33.6. Из уравнения или графика самосмещения получается ток стока 1,867 мА.

\ [g_m = g_ {m0} \ sqrt {\ frac {I_D} {I_ {DSS}}} \ nonumber \]

\ [g_m = 80 мСм \ sqrt {\ frac {1,867 мА} {40 мА}} \ nonumber \]

\ [g_m = 17,3 мс \ nonumber \]

Затухающий резистор, \ (r_S \), равен 20 \ (\ Omega \). Коэффициент усиления по напряжению

\ [A_v = — \ frac {g_m r_L} {g_m r_S + 1} \ nonumber \]

\ [A_v = — \ frac {17,3 мСм (1,8к \ Омега || 12 к \ Омега)} {17,3мс \ раз 20 \ Омега +1} \ nonumber \]

\ [A_v = -20.1 \ nonumber \]

И наконец

\ [V_ {load} = A_v V_ {i n} \ nonumber \]

\ [V_ {нагрузка} = -20,1 \ умножить на 20 мВ \ nonumber \]

\ [V_ {нагрузка} = 402 мВ \ nonumber \]

Компьютерное моделирование

Усилитель примера \ (\ PageIndex {1} \) смоделирован для проверки результатов. Схема вводится в симулятор, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {5} \). Одна из проблем — найти подходящее устройство DE-MOS, соответствующее параметрам, используемым в примере. BSS229 оказался достаточно близким.Эта модель устройства была протестирована на \ (I_ {DSS} \) путем подачи источника 20 В на сток и замыкания выводов истока и затвора на землю в имитаторе. Сила тока была чуть ниже целевого значения 40 мА. Точно так же отрицательное напряжение было приложено к затвору и регулировалось до тех пор, пока ток стока не упал почти до нуля, чтобы определить \ (V_ {GS (off)} \). Значение модели было чуть ниже желаемого -1 вольт. Следовательно, можно ожидать, что результаты моделирования будут близки к прогнозируемым, хотя и не идентичны.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Схема примера \ (\ PageIndex {1} \) в симуляторе.

Далее выполняется переходный анализ, показанный на рисунке \ (\ PageIndex {6} \). Ожидаемая инверсия сигнала очевидна. Пиковая амплитуда составляет 417 мВ, что всего на несколько процентов выше расчетного значения. По крайней мере, часть этого отклонения связана с отклонением модели от предполагаемых значений параметров устройства.

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Моделирование анализа переходных процессов для схемы из примера \ (\ PageIndex {1} \).

Также выполняется проверка смещения постоянного тока. Расчетный ток стока составил 1,867 мА. Это дает напряжение \ (R_D \) чуть более 3 вольт, поэтому мы ожидаем увидеть напряжение стока около 17 вольт. Точно так же мы ожидаем, что клемма источника будет находиться на уровне от 700 до 800 мВ, а затвор — около 0 В.

Результаты моделирования рабочей точки постоянного тока показаны на рисунке \ (\ PageIndex {7} \). Согласие с предсказанными значениями неплохое, особенно если учесть, что модель устройства не совсем подходит.

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): Моделирование смещения постоянного тока для схемы из примера \ (\ PageIndex {1} \).

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Для схемы на рисунке \ (\ PageIndex {8} \) определите коэффициент усиления по напряжению и входное сопротивление. Предположим, \ (V_ {GS (th)} \) = 2 В, \ (I_ {D (on)} \) = 50 мА при \ (V_ {GS (on)} \) = 5 В. 2} \ nonumber \]

\ [k = 5.2 \ nonumber \]

В этой схеме используется развязка источника питания. Падение напряжения на резисторе 2 M \ (\ Omega \) достаточно мало, чтобы его можно было игнорировать, поскольку ток, проходящий через него, является током затвора. Следовательно, напряжение затвора определяется делителем. Кроме того, поскольку левый конец резистора 2 M \ (\ Omega \) связан с заземлением переменного тока из-за байпасного конденсатора, он представляет входной импеданс.

\ [Z_ {in} = 2 M \ Omega || Z_ {in (ворота)} \ около 2 M \ Omega \ nonumber \]

\ [V_G = V_ {DD} \ frac {R_2} {R_1 + R_2} \ nonumber \]

\ [V_G = 24 В \ frac {5.2 (2,56 В −2 В) \ nonumber \]

\ [g_m = 6,23 мСм \ nonumber \]

Этот усилитель не перегружен, поэтому можно использовать упрощенное уравнение усиления.

\ [A_v = −g_m r_D \ nonumber \]

\ [A_v = −6,23 мСм (3,3 к \ Омега || 10 к \ Омега) \ nonumber \]

\ [A_v = −15,5 \ nonumber \]

Пример \ (\ PageIndex {3} \)

Для схемы на рисунке \ (\ PageIndex {9} \) определите коэффициент усиления по напряжению и входное сопротивление. Предположим, что \ (V_ {GS (off)} \) = -0,75 В и \ (I_ {DSS} \) = 6 мА.

Рисунок \ (\ PageIndex {9} \): Схема для примера \ (\ PageIndex {3} \).

В этом усилителе используется нулевое смещение, поэтому \ (I_D = I_ {DSS} \) и \ (g_m = g_ {m0} \).

\ [g_ {m0} = — \ frac {2 I_ {DSS}} {V_ {GS (off)}} \ nonumber \]

\ [g_ {m0} = — \ frac {2 \ times 6 мА} {- 0,75 В} \ nonumber \]

\ [g_ {m0} = 16 мс \ nonumber \]

Этот усилитель не перегружен, поэтому мы можем использовать упрощенное уравнение для усиления напряжения.

\ [A_v = −g_m r_D \ nonumber \]

\ [A_v = −16 мс (2.7к \ Омега || 15к \ Омега) \ nonumber \]

\ [A_v = −36,6 \ nonumber \]

Наконец, для входного сопротивления имеем

\ [Z_ {in} = 5 M \ Omega || Z_ {in (ворота)} \ около 5 м \ Omega \ nonumber \]

Усилитель с общим источником | Аналоговый CMOS-Дизайн || Учебник по электронике

На главную> Аналоговые CMOS-конструкции> MOSFET-усилители> Усилитель с общим источником

Усилитель с общим источником:

На рисунке ниже показана схема усилителя с общим источником.В этой схеме МОП-транзистор преобразует изменения напряжения затвор-исток в слабый сигнал. ток стока, который проходит через резистивную нагрузку и генерирует усиленное напряжение на нагрузочном резисторе.

Теперь на рисунке выше,

Кроме того, из модели слабого сигнала, показанной на рисунке выше.

Применяя КВЛ,

Чтобы рассчитать выходное сопротивление R _и , рассмотрите схема, показанная в
Рисунок ниже.

Применяя KCL в точке ‘A’

Если мы рассмотрим неидеальный эффект, такой как модуляция длины канала в усилитель CS, то модель малого сигнала включает еще один резистор т.е. ro, как показано на
Рисунок ниже.

CLM и тезисы не повлияют на текущее усиление и входное сопротивление. равны A _i = Â ¥ и R _в = Â ¥. Но выходное сопротивление пострадали из-за CLM.

Чтобы рассчитать выходное сопротивление усилителя CS с CLM Рассмотрим схему, показанную на рисунке ниже.

Применяя KCL в узле ‘A’

Получаем, g _m V _GS + + = I _x

\ V _x = I _x [V _GS = V _in = 0]

знак равно

\ R _из = (ro || R _D )

Таким образом, выходное сопротивление усилителя CS с CLM равно ro || Р _Д .

Чтобы получить коэффициент усиления по напряжению CS-усилителя с CLM, используя I-V В характеристиках рассматривается уравнение тока стока с CLM как:

I _DS = m _n C _ox (V _GS — V _TH ) ² (1 + l V _DS )

где l — коэффициент модуляции длины канала.

Из Рис. 8.9.1 (а)

V _DD — I _D R _D = V _из

\ V _out = V _DD — m _n C _ox (V _in — V _TH ) ² (1 + l V _out )

Дифференцируем это уравнение относительно V _в .

По продуктовому правилу дифференциации:

= — m _n C _ox (V _in — V _TH ) ²

— m _n C _ox (1 + l V _out ) ´ 2 (V _in — В _ТН )

A _n = — m _n C _ox (V _in — V _TH ) ² A _{n — g m R D}

Аппроксимируя I _D как:

I _D = m _n C _ox (V _в — V _TH ) ²

Получаем, A _n = — g _m R _D — R _D × l _{× I D × A n}

\ A _n (1 + R _D × l _{I D ) = — g м R D}

\ A _n =

Как мы знаем, ro — это линейный резистор, определяемый как:

ro =

Чтобы получить номинал этого резистора дифференцируя I _D с в отношении V _DS ,

\ I _D = m _n C _ox (V _GS — V _TH ) ² (1 + l V _DS )

= m _n C _ox (V _GS — V _TH ) ² (л)

\ Приближая I _D , получаем,

\ = l I _D

\ A _{n = =}

я.е. A _n = — g _m (ro || R _D )

который совпадает с коэффициентом усиления по напряжению, полученным с использованием модели слабого сигнала.

Таким образом, коэффициент усиления по напряжению CS-усилителя зависит от крутизны г _м , резистор линейный ro и нагрузка. Чтобы увеличить Прирост мы должны увеличить g _на м. В свою очередь, мы должны увеличить соотношение.

Следовательно, коэффициент усиления усилителя увеличивается с увеличением ‘W’ и уменьшением ‘L’. Сопротивление ro появляется в шунте с R _D из-за это эффект ро (т.е. модуляция длины канала) уменьшает усиление напряжения усилителя, с другой стороны, эффект параллельного Комбинация ro и R _D уменьшает выходное сопротивление (R _из ), что является положительным эффектом.

Для увеличения коэффициента усиления усилителя вместе с g _m еще одним важным фактором является сопротивление нагрузки, подключенной к выходу. К У большего усиления сопротивление нагрузки должно быть больше. Два варианта загрузки Импеданс ступеней CS составляет:

1) Текущая нагрузка источника

2) Нагрузка подключена диодом.

% PDF-1.4 % 1169 0 объект > эндобдж xref 1169 74 0000000016 00000 н. 0000001854 00000 н. 0000002014 00000 н. 0000002169 00000 н. 0000002227 00000 н. 0000006394 00000 п. 0000006641 00000 п. 0000006868 00000 н. 0000007670 00000 н. 0000007932 00000 н. 0000008729 00000 н. 0000008980 00000 н. 0000009778 00000 п. 0000010203 00000 п. 0000011016 00000 п. 0000011547 00000 п. 0000011570 00000 п. 0000012192 00000 п. 0000012215 00000 п. 0000012821 00000 п. 0000012844 00000 п. 0000013389 00000 п. 0000013412 00000 п. 0000013652 00000 п. 0000013863 00000 п. 0000014112 00000 п. 0000014229 00000 п. 0000014460 00000 п. 0000014544 00000 п. 0000014597 00000 п. 0000014854 00000 п. 0000015104 00000 п. 0000015359 00000 п. 0000015562 00000 п. lȹq;%

Усилитель с общим источником, использующий полевой транзистор

Усилитель с общим истоком

В этом усилителе входной сигнал подается между затвором и истоком, а усиленное выходное напряжение создается на нагрузочном резисторе в цепи стока.Таким образом, источник — это общий вывод между входной и выходной сторонами.

На рисунке 1 показана схема одного каскада усилителя с общим истоком (CS), использующего n-канальный полевой транзистор и с устройством смещения. Типичные значения компонентов также показаны на рисунке. Эта схема аналогична усилителю с обычным эмиттером. При использовании p-канального полевого транзистора полярность напряжения питания меняется на обратную. В схеме на рисунке 1 комбинация R _s -C _s обеспечивает самосмещение.

Поскольку ток не проходит через затвор-исток с обратным смещением, ток затвора I _G равен нулю.Следовательно, d.c. напряжение затвора,

……… .. (1)

с постоянным током ток стока установлен на I _D , постоянное напряжение на истоке

………. (2)

Тогда напряжение затвора истока равно

…… .. (3)

Или,

……. (4)

Однако довольно часто конденсатор C _s в схеме не используется. Тогда резистор R _s , несомненно, обеспечивает самосмещение (вызванное протеканием постоянной составляющей тока стока), но также обеспечивает обратную связь от выходной цепи к входной.

Анализ усилителя с общим источником с использованием полевого транзистора

Приведенный ниже анализ применим как к n-канальным, так и к p-канальным усилителям с общим источником. На рисунке 2 представлена ​​эквивалентная схема переменного тока. Здесь полевой транзистор был заменен его моделью малого сигнала, показанной на рисунке 3.

При подаче КВЛ на выходную цепь получаем

… .. (5)

Из эквивалентной схемы рисунка 2,

… .. (6)

Подставляя значение V _gs из уравнения (6) в уравнение (5), получаем

…… (7)

Выходное напряжение V _o создается на нагрузочном резисторе R _d и определяется выражением,

……… (8)

Знак минус, связанный с V ₀ , как задано уравнением (8), показывает, что выходное напряжение V ₀ составляет 180 ⁰ не в фазе с V _i .

Следовательно, усиление напряжения,

…… .. (9)

Поскольку ток затвора равен нулю, входное сопротивление равно

……… (10)

Используя уравнение (8), на рисунке 4 показана эквивалентная схема, называемая эквивалентной схемой Тевенина, если смотреть от нагрузочного резистора R _d на землю сток-земля N. Здесь (Тевенина) эквивалентное напряжение равно

, а его выходное напряжение импеданс,

……… (11)

С R _s = 0 В случае, если R _s шунтируется конденсатором большой емкости C _S i.е. если источник S эффективно заземлен, то в приведенном выше анализе мы можем положить R _S = 0.

Тогда из уравнения (9)

………. (12)

Или,

…… .. (13)

Где,

Выходное сопротивление

……… (14)

Числовая проблема усилителя с общим источником с использованием полевого транзистора

Пример 1: В усилителе с обычным источником используется полевой транзистор с динамическим сопротивлением r _d = 120 кОм и = 20. Рассчитайте коэффициент усиления по напряжению и выходное сопротивление R _o для сопротивления нагрузки R _d , равного: (а) 300 кОм (б) 600 кОм и (в) 900 кОм.

Решение:

Коэффициент усиления по напряжению,

Для R _d = 300 кОм,

Для R _d = 600 кОм,

Для R _d = 900 кОм,

Пример 2: Усилитель с обычным источником использует сопротивление нагрузки и не обойденный резистор R _s в цепи от источника к земле. у полевого транзистора есть резистор стока и. Рассчитайте коэффициент усиления по напряжению A _v и выходное сопротивление R _o для следующих значений R _s : (i) (ii) (iii)

Решение:

Учитывая, что:

и

Решение для (i) Для

:

Решение для (ii) Для

:

Решение для (iii) Для

:

Нравится:

Нравится Загрузка…

Работа усилителей на полевых транзисторах с общим истоком

— технические знания Учебное пособие по

полевым транзисторам

Здравствуйте, друзья, надеюсь, у вас все отлично. В сегодняшнем руководстве мы рассмотрим работу усилителя на полевых транзисторах с общим истоком . Существует три основных типа конфигураций полевых транзисторов, таких как BJT: общий эмиттер, общая база и общий коллектор. Усилитель с общим истоком — это основной метод полевого транзистора, который обычно работает как усилитель напряжения.Самый простой способ узнать конфигурацию — это обычный сток, затвор или исток, чтобы определить направление входящего и выходящего сигнала. Другой терминал остается обычным.

Для общей конфигурации истока сигнал входит в затвор и выходит из стока. Хотя источник является общим для этих двух терминалов, эта конфигурация известна как конфигурация общего источника. В сегодняшнем посте мы подробно рассмотрим его схему, работу и связанные с ней параметры. Итак, приступим к работе с усилителем на полевых транзисторах с общим истоком.

Работа усилителей на полевых транзисторах с общим истоком

Модель полевого транзистора переменного тока

• На рисунке ниже показана результирующая модель полевого транзистора.

• На рисунке, обозначенном как «a», внутреннее сопротивление выходит между затвором и истоком, а источник тока равен g _m V _gs , который существует между стоком и истоком.
• Имеется внутренний сток для сопротивления истока — выход.
• На рисунке, обозначенном «b», показана простая модель полевого транзистора.
• Сопротивление имеет большое значение из-за разомкнутой цепи между затвором и истоком.
• Это настолько большое значение, что его можно игнорировать.

• На рисунке ниже показана модель схемы идеального полевого транзистора с внешним сопротивлением стока переменного тока.

• Значение усиления переменного напряжения этой схемы равно Vout / Vin, здесь Vin = Vgs и Vout = Vds.
• Уравнение усиления по напряжению можно определить как.

A _v = V _ds / Vgs

• Из полученной схемы имеем.

Vds = IdRd

• По определению крутизны имеем.

gm = Id / Vgs

Vgs = Id / gm

• Подставив значения Vgs и Vds в уравнение усиления напряжения, мы имеем.

Av = IdRd / (Id / gm)

gmIdRd / Id

Av = gmRd —- (A)

Рабочий усилитель JFET

• Конфигурация усилителя на полевом транзисторе с общим истоком, показанная на рисунке ниже, в которой переменное напряжение в качестве входа подается на вывод затвора, а выходное переменное напряжение снимается с вывода стока.
• В этой конфигурации источник общий для входного и выходного сигнала напряжения.
• Конфигурация усилителя с общим источником иногда не имеет сопротивления источника или обходится сопротивлением источника, поэтому источник подключается к заземлению переменного тока.
• Конфигурация усилителя на полевом транзисторе с N-канальным переходом с общим истоком и источником переменного тока, емкостно связанным с затвором, показана на рисунке ниже и обозначена как «a».

• Сопротивление RG выполняет две основные функции: во-первых, оно поддерживает на затворе 0 вольт постоянного тока, поскольку IGss очень меньше, а его высокое значение обычно в мегаомах останавливает нагрузку на источник сигнала переменного тока.
• Напряжение смещения генерируется из-за потери напряжения на резисторе RS.
• Из-за байпасного конденсатора C2 источник JFET находится на земле переменного тока.
• Из-за того, что входной сигнал напряжение затвор-исток превышает значение Q-точки (VGSQ), это вызывает результирующее колебание тока стока.
• С увеличением тока стока также увеличивается потеря напряжения на сопротивлении RD, что вызывает уменьшение напряжения стока.
• Ток стока перемещается через свое значение Q-точки синхронно с затвором к истоку.

Графическое представление

• Функция, описанная выше для полевого транзистора с n-переходом, графически показана как на кривой передаточной характеристики, так и на кривой характеристики стока на рисунке ниже.

• На рисунке, обозначенном как «a», показана форма синусоидального сигнала, подобная изменению, Vgs генерирует результирующий сигнал переменного тока, изменяющий ток Id.
• При перемещении Vgs выше его значения Q-точки к отрицательному значению ток Id уменьшается от своего значения Q-точки.
• Когда Vgs переходит к менее отрицательному значению, ток Id увеличивается.
• На рисунке, обозначенном «b», показана аналогичная функция с кривыми слива.
• Сигнал напряжения на затворе пропускает ток стока через точку Q на линии нагрузки, как показано стрелками.

• Линии, проведенные от пика напряжения затвора к оси ID и к оси VDS, обозначают изменение от пика к пику тока стока и напряжения стока к истоку, как показано на рисунке.
• Поскольку кривая передаточной характеристики нелинейна, на выходе будет некоторое искажение.
• Его можно уменьшить, если сигнал проходит через ограниченную часть линии нагрузки.

Анализ постоянного тока усилителя JFET

• Первый шаг для анализа усилителя JFET — найти параметр постоянного тока, состоящий из ID тока стока и VS.

• Current ID определяет точку Q усилителя и помогает найти значение VD, поэтому полезно найти его значение.
• Он также может рассчитывать с помощью графического представления или математически.
• Для упрощения анализа постоянного тока результирующая схема показана ниже, где конденсаторы кажутся открытыми для постоянного тока, поэтому исключены.

Эквивалентная цепь усилителя переменного тока

• Для анализа работы сигнала вышеупомянутого усилителя составим схему переменного тока.
• Для этого замените конденсатор с короткими замыканиями, согласно упрощению, основанному на частоте сигнала.
• Замените источник постоянного тока землей, учитывая, что источник напряжения имеет нулевое значение внутреннего сопротивления.
• Клемма VDD находится на уровне 0 вольт переменного тока и поэтому ведет себя как заземление переменного тока.
• , соответствующая цепь переменного тока показана на рисунке ниже и обозначена как «a».

• Не то, чтобы конец + VDD RD и клемма источника были заземлены по переменному току.
• Согласно анализу переменного тока, заземление переменного тока и фактическое заземление схемы работают как аналогичные точки.

Напряжение сигнала на затворе

• На рисунке, обозначенном как источник переменного напряжения, показан подключенный к входу.
• Поскольку входное сопротивление JFET имеет большое значение, практически все входное напряжение от источника сигнала выходит на клемму затвора с меньшими потерями напряжения на внутреннем сопротивлении источника.

Vgs = Vin

Усиление напряжения

• Уравнение напряжения JFET, которое дано в уравнении A, применяется к усилителю с общим источником.

Av = gmRd

• Напряжение VDs выходного сигнала на стоке будет.

Vout = Vds = AvVgs

или

Vout = gmRdVin

Rd = RDΙΙRL и Vin = Vgs.

Влияние нагрузки переменного тока на усиление напряжения

• Когда нагрузка подключена к выходу усилителя через конденсатор связи, как показано на рисунке, обозначен как «a».

• Сопротивление стока переменного тока RD параллельно сопротивлению нагрузки RL, поскольку верхняя часть RD находится на заземлении переменного тока.
• Результирующая схема показана на рисунке, обозначенном буквой «b».
• Общее сопротивление стока переменного тока будет.

Rd = RDRL / (RD + RL)

• Влияние сопротивления нагрузки заключается в уменьшении прироста напряжения без нагрузки.

Инверсия фазы

• Выходное напряжение на стоке не совпадает по фазе или на 180 градусов с входным напряжением на выводе затвора.
• Канал инверсии фазы, обозначенный через отрицательное усиление напряжения.

Входное сопротивление

• Поскольку вход усилителя с общим источником находится на затворе, значение входного сопротивления очень велико.
• В идеале он равен бесконечности и может быть проигнорирован.
• Как мы знаем, большое входное сопротивление создается реверсивным смещающим pn переходом в переходном полевом транзисторе и через структуру изолированного затвора в MOSFET.
• Реальное сопротивление, наблюдаемое источником сигнала, представляет собой сопротивление затвора к земле RG в параллельной комбинации с входным сопротивлением полевого транзистора VGS / IGSS.
• Ток обратной утечки IGSS обычно упоминается в техническом описании для определенного значения VGS, чтобы можно было найти входное сопротивление модуля.

Rin = RGΙΙ (VGS / IGSS)

• Поскольку член (VGS / IGSS) больше, чем RG, входное сопротивление почти близко к значению сопротивления RG.

Рабочий усилитель D-MOSFET

• На рисунке ниже показан полевой МОП-транзистор с n каналом D и общим истоком с нулевым смещением, соединенный с источником переменного тока через конденсатор с затвором.

• На затворе почти нулевое напряжение постоянного тока, а источник находится на земле, что делает VGS = нулевым вольт.
• Из-за того, что источник напряжения сигнала Vgs выходит за нулевое значение, возникает колебание тока Id, как показано на рисунке.

• Отрицательное значение размаха im VG генерирует режим истощения, и ток Id уменьшается.
• Положительный размах в VG генерирует режим улучшения, и ток Id увеличивается.
• Вы можете видеть, что режим улучшения находится справа от вертикальной оси или VGS = 0, а режим истощения — слева.
• Анализ конфигурации усилителя по постоянному току проще, чем с помощью полевого транзистора с переходным эффектом, поскольку ID = IDSS при VGS = 0.
• Когда известен текущий ID, анализ дает только значение VD.

VD = VDD —

IDRD

Рабочий усилитель E-MOSFET

• На рисунке ниже показан полевой МОП-транзистор с n каналом E общего истока с делителем напряжения и источником переменного тока, емкостно связанным с затвором.

• Затвор смещен положительным напряжением, так что VGS> VGS (th).
• С JFET и D MOSFET напряжение сигнала генерирует колебания VG по сравнению с его значением точки Q VGSQ.
• Он генерирует колебание значения тока Id по сравнению с его значением Q-точки IDQ, как показано на рисунке ниже.

Итак, друзья, это подробный пост об усилителях на полевых транзисторах с общим источником, если у вас есть какие-либо вопросы, задавайте их в сообществе. Спасибо за прочтение. Хорошего дня.

Автор: Генри

http://www.theengineeringknowledge.com

Я профессиональный инженер и закончил известный инженерный университет, а также имею опыт работы инженером в различных известных отраслях.Я также пишу технический контент, мое хобби — изучать новые вещи и делиться ими с миром. Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Сообщение навигации

Примечания к исследованию конструкции микросхемы

(5) Усилитель с общим источником на основе нагрузки источника тока IC617

Мой блог:
ccbirds.cn
ccbirds.github.io

---

1. Основные принципы

---

Базовая структура схемы показана ниже.

Модель слабого сигнала переменного тока показана ниже

Выходное сопротивление

р о ты т знак равно р О 1 / / р О 2 R_ {out} = r_ {O1} // r_ {O2} Rout = rO1 // rO2

Прирост

А V знак равно — грамм м 1 ( р О 1 / / р О 2 ) ≈ — грамм м р О 1 знак равно — 2 μ п C О Икс я D ( W L ) 1 λ 1 я D A_ {V} = — g_m1 (r_ {O1} // R_ {O2}) \ приблизительно-g_mr_ {O1} = — \ sqrt {2 \ mu_nC_ {OX} I_D (\ frac {W} {L})} \ гидроразрыв {1} {\ lambda_1I_D} AV = −gm 1 (rO1 // RO2) ≈ − gm rO1 = −2μn COX ID (LW) Λ1 ID 1

Размах выходного сигнала

V я п — V т п ≤ V о ты т ≤ V б + ∣ V т п ∣ V_ {in} -V_ {tn} \ leq V_ {out} \ leq V_b + | V_ {tp} | Вин −Vtn ≤Vout ≤Vb + Vtp ∣

---

2.Имитационная проверка

---

Нарисуйте принципиальную схему и добавьте мощность, как показано на следующем рисунке

Затвор NMOS является входом, входное напряжение установлено на переменную vgs, PMOS является источником тока, а напряжение затвора установлено на vb.

Установите среду моделирования ADE, как показано на следующем рисунке (конкретный процесс настройки см. В моих примечаниях к исследованию 2)

Сначала выполните анализ постоянного тока, чтобы найти статическую рабочую точку

Увеличение около 34.Статическое рабочее напряжение составляет около 915 мВ, а размах входного сигнала — около 60 мВ.

Установить соответственно vsin Параметры,

Поскольку увеличение больше, настройка качания на входе меньше.

Выполните имитацию переходных процессов, чтобы увидеть, есть ли искажения

Схема нормально усиливается без искажений

Выполнение анализа слабых сигналов переменного тока,

Коэффициент усиления около 40 дБ.

---

Приглашаем всех желающих в гости!

Сайт блога:
ccbirds.cn
ccbirds.github.io

Вы также можете написать мне по электронной почте

[адрес электронной почты защищен]

Моделирование схемы усилителя с общим источником

с использованием LTSpice

Инженер-конструктор может спроектировать операционный усилитель с использованием пассивных компонентов. Зачем нужны одноступенчатые усилители на базе полевых МОП-транзисторов? Транзисторы MOSFET имеют преимущество перед пассивными компонентами, они могут сэкономить площадь кристалла. MOSFET, активное устройство, может создавать более высокое сопротивление по сравнению с пассивной нагрузкой, что приведет к более высокому коэффициенту усиления.

Усилитель с общим истоком Один из однокаскадных усилителей с более высоким коэффициентом усиления и выходным сопротивлением за счет меньшей полосы пропускания.

Коэффициент усиления усилителя с общим источником определен через,

= Сопротивление в утечке / Сопротивление в источнике = Vout / Vin = Av

Тевенинский эквивалент усилителя с общим источником с коэффициентом усиления по напряжению Av, показанный ниже.

Рисунок 1: Эквивалент Тевенина

Когда мы характеризуем Rin, Rout и Av, это также означает, что мы характеризуем усилитель.

Источник напряжения Vin подключен к затвору, (gm) (vgs) источник тока, зависящий от напряжения, к клемме истока, а RL — к стоку.

Rin = Vin / Iin

Какой будет ток в указанной выше цепи при подаче входного напряжения? Току некуда идти, поэтому входной ток равен нулю. Коэффициент усиления Av, определяемый как выходное напряжение / входное напряжение.

Протекание тока в указанной выше цепи определяется как I.

Vout = (0-I) RL = -IRL

Поскольку начальное напряжение равно нулю, это будет эквивалентно — (gm) (Vgs) (RL).Vgs будет (Напряжение затвора — Напряжение источника). Напряжение затвора равно Vin, источник заземлен, затем напряжение источника равно нулю.

Vgs = Vin

Vout = — (г) (RL)

Для расчета RL мы рассматриваем испытательное напряжение, приложенное на выходе, в результате испытательный ток, когда Vin = 0.

RL = Vtest / Itest, когда входное напряжение равно нулю.

Поскольку Vin равно нулю, напряжение затвора заземлено, а источник заземлен vgs = 0. Это разомкнутая цепь, и выходное сопротивление будет равно сопротивлению нагрузки.

Генератор цепи усилителя с общим источником

Давайте начнем моделирование схемы с помощью LTSpice, чтобы открыть новый редактор схем. Перейдите в File, нажмите на новую схему. Компоненты, необходимые для разработки усилителя с общим источником, включают NMOS, PMOS, источник напряжения, провод и заземление. Теперь поместите NMOS и PMOS в схему, нажмите на символ компонента, и вы получите всплывающее окно выбора символа компонента из списка, выберите PMOS и NMOS.

В этом руководстве мы используем модель BSIM для прогнозирования поведения усилителя Common Source Amplifier, включая текстовый файл модели BSIM.Для последней модели BSIM вы можете скачать следующую модель по ссылке ниже. В этом примере мы будем использовать модель длинного канала.

https://bsim.berkeley.edu/models/bsim4/

Поместите PMOS и NMOS на схему, терминальный источник MOSFET подключен к основной части, или вы можете использовать 4-х терминальное устройство NMOS и PMOS, в котором используется символ, указывающий, что подложка является каналом p-типа на n. Щелкните правой кнопкой мыши полевой МОП-транзистор и установите размер PMOS и NMOS, как показано на изображении ниже.Назовите модель P_1u и N_1u в соответствии с файлом модели BSIM, включенным в нашу симуляцию.

Чтобы включить файл модели BSIM, перейдите к редактированию и выберите SPICE Directive’S ’, а затем введите .include BSIM4_model.txt.

В этом руководстве мы должны определить VDD, Vbias, VIN и Vss как входной контакт, как показано на рисунке ниже. Определите тип порта как вход или выход.

Преобразуем эту схему в символ.

Как создать символ в LTSpice?

В следующем разделе рассказывается, как создать символ в LTSpice.Щелкните Иерархия, а затем выберите создать новый символ, и вы получите новую схему. Сохраните символ как CSA, этот символ будет соответствовать схеме, которую мы сделали ранее. Теперь нажмите на рисунок, а затем нажмите на линию. Мы нарисуем символ CSA и добавим к нашему символу входной и выходной контакты. Нажмите на редактирование и выберите добавить контакт / порт. Назовите контакты как VIN, VDD, VSS и Vbias для входного терминала и OUT — выходной терминал усилителя общего источника.

Затем мы моделируем схему усилителя с общим истоком для развертки по постоянному току.Откройте новую схему. Используйте символ, который мы создали ранее, выбрав компонент. У нас должен быть источник напряжения для VDD, Vss, VIN и Vbias.

Источник напряжения	Вольт
VDD	5В
Vss	5В
Вин	Смещение постоянного тока-0 В, амплитуда-5 мВ, частота-1 кГц, амплитуда переменного тока-1
Vbias	2. Читайте также Что делать, если грудничок не спит днем: советы по налаживанию режима сна Антигистаминные препараты для новорожденных: лечение и профилактика аллергии у грудничков Методика «Цветоник» М. Лазарева для музыкального развития детей Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт