Дифференциальные параметры и эквивалентная схема полевого транзистора
Для удобства расчетов и анализа схем, содержащих полевые транзисторы, их замещают эквивалентными схемами. Эквивалентная схема состоит из активных и пассивных линейных элементов и ведет себя также на переменном токе, как и реальный транзистор. Такая замена возможна при малых сигналах, когда зависимость между приращениями токов и напряжений линейна.
Ток
стока полевого транзистора
является функцией двух напряжений
и
,
поэтому изменение тока можно определить
из уравнения
В этом выражении частные производные, определяющие изменение тока при изменении одного из напряжений, можно рассматривать как дифференциальные параметры транзистора.
Крутизна
[мА/В] характеризует управляющее
воздействие напряжения
,
т.е. показывает, на сколько миллиампер
изменится ток при изменении напряжения
на один вольт. Крутизну можно определить
графически, по характеристики управления
(рис. 6,b)
как отношение отрезков
.
Выходная
проводимость
характеризует степень влияния напряжения
стока на ток стока и определяется
графически как тангенс угла наклона
выходных характеристик (рис. 6,a)
через отношение отрезков
.
Часто вместо выходной проводимости
используют обратную величину динамическое
сопротивление стока
.
Коэффициент
усиления
,
при
,
он показывает во сколько раз, изменение
напряжения на затворе эффективнее
влияет на ток стока, чем изменение
напряжения на стоке. Знак минус показывает,
чтобы сохранить ток неизменным,
положительному приращению напряжения
на затворе должно соответствововать
отрицательное приращение напряжения
на стоке.
Положив , запишем
,
отсюда получаем
соотношение, связывающее дифференциальные параметры полевого транзистора.
Эквивалентная схема (рис.13) построена на основе дифференциальных параметров; при этом учитывается, что ток в цепи затвора бесконечно мал, а входное сопротивление полевого транзистора стремится к бесконечности.
Рис.13 . Эквивалентная схема полевого транзистора
В эквивалентной схеме, кроме основных параметров; учтены междуэлектродные емкости, влияние которых будет сказываться на высоких частотах.
Усилительные свойства полевых транзисторов
Наибольшее распространение нашла схема усилителя с общим истоком (рис.14).
Рис.14. Схема усилителя с общим истоком
Назначение
элементов схемы такое же, как и для схемы
с общим эмиттером. Режим работы транзистора
по постоянному току определяется так
же, как режим работы биполярного
транзистора. Строится нагрузочная
прямая, определяется рабочий участок,
выбирается положение рабочей точки в
центре рабочего участка. Делитель
напряжения рассчитывается таким образом,
чтобы создаваемый потенциал затвора
соответствовал выбранному положению
рабочей точки. Отличие заключается в
том, что ток в цепи затвора отсутствует,
а делитель, образованный резисторами
и
,
рассчитывается в режиме холостого хода.
При подаче на затвор переменного
напряжения с амплитудой
ток стока изменяется с амплитудой
,
создавая на резисторе
падение напряжения с амплитудой
,
которое находится в противофазе с током.
Для анализа схемы строится эквивалентная схема каскада, ее вариант для области низких частот показан на рис. 15.
Рис.15. Эквивалентная схема усилителя с общим истоком
Как следует из эквивалентной схемы: выходное напряжение равно
,
коэффициент
усиления по напряжению
,
входное сопротивление
,
выходное сопротивление
.
Если учесть входную, выходную и проходную емкости транзистора, добавив их в схему можно, получить зависимость коэффициента усиления от частоты.
Лабораторная работа №204
Исследование операционного усилителя
Виртуальный эксперимент
Цель работы: Изучение свойств операционных усилителей.
Получение навыков экспериментального исследования электронных схем с помощью программы Electronics Workbench.
Программа работы и методические указания
1. Измерение напряжения смещения нуля и входных токов смещения
Измерение производится по схеме рис.1, которую необходимо создать используя элементы и приборы на рабочем столе программы Electronics Workbench.
Рис.1. Схема для измерения напряжения смещения нуля
и входных токов смещения
Открыть панель
мультиметра, установить режим измерения
постоянного напряжения, изменяя положение
подвижного контакта потенциометра R,
добиться равенства нулю выходного
напряжения. Перемещение подвижного
контакта вниз производится нажатием
клавиши R, перемещение
вверх производится нажатием клавишей
Shift+R.
Полученное напряжение на входе - есть
напряжение смещения нуля
.
Токи, протекающие во
входных цепях ОУ, при нулевом входном
напряжении называются входными токами
смещения; измерить
и
,
вычислить среднее значение
и разность токов
.
2. Снятие амплитудной характеристики операционного усилителя
Перед снятием характеристики необходимо произвести коррекцию нуля ОУ, для чего на неинвертирующий вход установить источник, напряжение которого равно напряжению смещения нуля ОУ (рис.2).
Рис.2. Схема для снятия амплитудной характеристики ОУ
Изменяя напряжение источника, подключенного к инвертирующему входу от 0 до 350 мкВ с шагом 50 мкВ, измерять напряжение на выходе, затем поменять полярность включения регулируемого источника и проделать аналогичный эксперимент. По полученным данным построить амплитудную характеристику ОУ.