1)С индивидуальным каналом.

2) С встроенным каналом.

Работа МДП транзисторов (транзисторов с изолированными затворами) основана на изменении удельного сопротивления канала. В МДП транзисторах с индуцированным каналом проводящий канал отсутствует, поэтому при напряжении затвора = 0, ток стока =0. При создании разности потенциалов между объёмом полупроводника и затвором у поверхности полупроводника образуется проводящий слой с концентрацией носителей зарядов, то есть заряды из объёма полупроводника притягиваются к области затвора. Удельное сопротивление канала уменьшается и появляется электрический ток. Чем больше напряжение на затворе, тем больше электрический ток.

В НДП транзисторах со встроенным каналом проводящий канал есть между истоком и стоком, поэтому при напряжении = 0 в транзисторе протекает небольшой ток. При подаче на затвор отрицательного напряжения канал обогащается носителями зарядов и ток увеличивается. При подаче положительного напряжения на затвор, канал обедняется носителями зарядов и ток уменьшается.

Параметры полевого транзистора:

1)Крутизна – это отношение изменения тока стока к вызвавшим его изменениям напряжения на затворе.

2)Коэффициент усиления – это отношение изменения напряжения между стоком и током к напряжению на затворе при токе стока = const.

3)Внутреннее сопротивление – это отношение изменения напряжения между током и истоком к изменению тока стока.

У полевых транзисторов высокое входное сопротивление; малое значение коэффициента шума; высокое значение граничной частоты; малая зависимость от температуры.

Тиристоры.

Тиристор – это полупроводниковый прибор с двумя устойчивыми состояниями имеющий 3 и более переходов который может переключаться из закрытого состояния в открытое и наоборот под воздействием внешнего напряжения.

Тиристоры выпускаются двух видов:

1)Диодные (динисторы).

2)Триодные (тринисторы).

Динисторы имеют два внешних электрода анод и катод, и обладают неизменным напряжением включения.

Тиристоры кроме анода и катода имеют третий электрод, который называется управляющим. Наличие управляющего электрода позволяет, не меняя анодного напряжения изменять напряжение включения. Тиристоры бывают с управлением по катоду и с управлением по аноду.

Тиристор с тремя [p]-[n] переходами представляет собой четырехслойную структуру p-n-p-n типа. Такая структура тиристора содержит три электронно-дырочных перехода. Первый эмиторный переход. Второй коллекторный переход. Третий второй эмиторный переход.

Если подключить источник питания «+» к аноду, а «—» к катоду, в этом случае эмиторные переходы 1 и 2 будут смещены в прямом направлении и поэтому обладает небольшим сопротивлением, а коллекторный переход p2 включён в обратном направлении и поэтому обладает большим сопротивлением. На коллекторном переходе падает почти всё напряжение, приложенное к тиристору. При рассмотрении вольтамперной характеристики тиристора на первом её участке через динистор протекает небольшой ток. Работа динистора на данном участке вольтамперной характеристики соответствует его закрытому состоянию. Переход динистора из закрытого состояния в открытое происходит благодаря лавинному размножению носителей зарядов. Сущность лавинного размножения сводится к следующим физическим процессам происходящих с ростом прямого напряжения. Из эмиторного перехода 1 инжектируются в базовую область n1.

Дырки прошедшие базу и коллекторный переход входят в область р2. Эмиторный переход 2 задерживает некоторую часть дырок в области р2, тем самым в области р2 образуется не скомпенсированный положительный заряд который снижает сопротивление второго эмиторного перехода, это способствует увеличению инжекции электронов из области n2 в базовую область р2. Инжектируемые электроны, проходя коллекторный переход, поступают в базу n1. В базовой области n1 аналогично, как и в области р2 создаётся избыточный заряд электронов, что приводит к ещё большей инжекции дырок из области р1. Таким образом, в динисторе при некоторой величине прямого напряжения которое называется напряжением включения наблюдается лавинный рост тока, с одновременным уменьшением падения напряжения.

Усилительные каскады.

При решении многих задач: измерение электрических величин, приём радиосигналов, автоматизация производства, возникает необходимость в усилении электрических сигналов, для этих целей служат усилители. В усилителях используются биполярные полевые транзисторы и ИМС. Они позволяют усиливать сигналы порядка напряжения Вт. тока А. и мощность Вт. Простейшим усилителем является усилительный каскад, содержащий нелинейный управляемый элемент. В усилителе выходное напряжение снимается с управляемого элемента или резистора. Усиление сигнала основано на преобразовании электрической энергии источника питания в энергию выходного сигнала за счёт изменения сопротивления управляющего элемента по закону, задаваемому входным сигналом.

Виды усилителей:

Усилители в зависимости от диапазона рабочих частот делятся на усилители постоянного тока, которые усиливают медленно изменяющиеся сигналы, усилители низкой частоты для усилителей сигналов звуковой частоты с диапазоном от 20 Гц. до 20 кГц. Усилители высокой частоты увеличивают в диапазоне от 20 Гц до 10 мГц.

Основные характеристики усилителей:

1)Амплитудно-частотная характеристика - это зависимость коэффициента усиления от частоты.

2)Фазо-частотная характеристика – это зависимость фазового сдвига между входным и выходным напряжениями от частоты.

3)Переходная характеристика – это зависимость мгновенного значения выходного напряжения от времени, или мгновенного значения коэффициента напряжения от времени, при подаче на вход усилителя скачка напряжения.

4)Амплитудная характеристика – это зависимость значения выходного напряжения от подаваемого на вход синусоидального напряжения неизменной частоты.

Основные технические показатели усилителей:

1.Коэффициенты усиления: по току, по напряжению, по мощности.

Коэффициент усилений – это величина, показывающая во сколько раз выходной сигнал больше входного.

2.Ширина полосы пропускания.

3.Чувствительность.

Чувствительность – это возможность усилителя усиливать минимальный уровень сигнала.

4.Частотные искажения вносимые усилителем.

Частотные искажения оцениваются коэффициентом частотных искажений, которые представляют собой отношение коэффициента усиления на средней частоте к коэффициенту усиления на определённой частоте.

Обратными связями в усилителях называют подачу части или всего выходного напряжения в усилителях на его вход.

Обратная связь бывает положительной и отрицательной.

Положительная обратная связь – это связь когда входной сигнал усилителя подаётся на его вход фазе с выходным сигналом.

Отрицательная обратная связь, когда выходной сигнал усилителя подаётся на его вход противофазе с входным сигналом.

Обратная связь бывает по току и напряжению.

Существует 2 схемы обратной связи по напряжению: схема с последовательной обратной связью и параллельной обратной связью.

По току также существует 2 схемы: схема с последовательной обратной связью по току и схема с параллельной обратной связью по току.

Обратная связь в усилителях обычно создаётся специально, однако иногда она возникает самопроизвольно и называется паразитной.

При наличии обратной связи, когда входное напряжение складывается с напряжением обратной связи, на усилитель подаётся увеличенное напряжение и такая связь будет положительной.

При уменьшении напряжения на входе когда от входного напряжения вычитается напряжение обратной связи, такая связь будет отрицательной.

В результате введения отрицательно обратной связи существенно улучшаются свойства усилителя:

1)Повышается стабильность коэффициента при изменении параметров транзистора.

2)Снижается уровень нелинейных искажений.

3)Увеличивается входное, и уменьшается выходное сопротивление усилителя.

Схема усилительного каскада с отрицательно обратной связью по напряжению.

В усилительном каскаде параллельно отрицательно обратная связь по напряжению создаётся резистором R1 включённым между коллектором и базой. Сигнал с коллектора через R1 поступает в противофазе на базу усилительного каскада, где происходит вычитание токов входного и выходного напряжения. При глубокой отрицательно обратной связи коэффициент усиления будет равен сопротивлению R1 и сопротивлению Rk. Коэффициент усиления будет стабилен только в том случае когда сопротивление источника сигнала будет =сonst. Усилительный каскад с параллельно отрицательно обратной связью имеет малое входное и выходное сопротивление.

Схема усилительного каскада с последовательной обратной связью по напряжению.

П.О.О.С. по напряжению применяется в усилительных каскадах. В эмиторных повторителях входное напряжение приложено между базой и общей шиной. К эмиторному переходу приложено напряжение. Поскольку во входной цепи происходит алгебраическое сложение напряжений, то обратная связь является последовательной. Эмиторный повторитель имеет большое входное и малое выходное сопротивление.

Схема усилительного каскада с последовательно обратной связью по току.

При П.О.О.С. по току в выходной цепи усилителя включается специальный резистор обратной связи падение напряжения, на котором пропорционально выходному току. В данной схеме резистором О.С. является R эмитором. Во входной цепи усилительного каскада происходит алгебраическое сложение входного напряжения и напряжения обратной связи.

Стабильность коэффициента напряжения зависит от сопротивления нагрузки, он будет стабилен только при коэффициенте нагрузки =const.

Усилитель с последовательно обратной связью по току весьма чувствителен к изменению сопротивления нагрузки.

Схема усилительных каскадов с параллельно отрицательной связью по току.

В схеме усилительного каскада с параллельно отрицательной связью по току обратная связь создаётся резистором Roc соединяющим эмитор транзистора UT2 с входом транзистора UT1 (базой).

Резисторные усилители.

Схема резистивного усилительного каскада выполняется на транзисторе включённого по схеме с общим эмитором. В данной схеме пассивные элементы (резисторы и конденсаторы) имеют определённое назначение. Конденсаторы Сr1 и Cr2 (разделительные) предназначены для разделения переменной составляющего сигнала от постоянной составляющей источника питания по входу и выходу. Конденсаторы Cr1,Cr2 и Сэ и транзистор изменяют свою проводимость в диапазоне частот, в связи с этим на различных частотах коэффициенты будут различны. Для анализа работы усилительного каскада на различных частотах используют эквивалентную систему усельтельного каскада.

Анализ работы усилительного каскада.

На средних частотах проводимость конденсаторов большая, поэтому коэффициент передачи тока h21э чисто активная величина. Делитель в цепи базы R1, R2, Rk и Rн включены параллельно

входной и выходной цепям.

На низких частотах при работе усилительного каскада уже нельзя пренебречь реактивным сопротивлением конденсаторов. На низкой частоте конденсатор Сэ не полностью шунтирует, поэтому начинает действовать отрицательно обратная связь по переменному току. На входе и выходе происходит перераспределение усилительного каскада.

Анализ работы усилительного каскада на высокой частоте.

При работе усилительного каскада на высокой частоте влиянием конденсаторов можно пренебречь. Т.к. на высокой частоте реактивное сопротивление Ск уменьшается, а конденсатор включен параллельно (Rк) это приводит к снижению общего сопротивления коллекторного перехода, в связи с этим коэффициент усиления на высокой частоте будет падать.

Импульсное (широкополосное) усиление.

Во многих устройствах связанных с автоматикой электронно-вычислительных, радиолокации, и другими областями техники широкое применение нашли импульсные усилители. На вход таких усилителей подаются импульсы напряжения различной формы.

Импульсные усилители должны обладать широкой полосой пропускания т.к. импульсы напряжений имеют весьма широкий спектр гармонических колебаний. Поэтому чем шире полоса пропускания в усилителе, тем точнее он будет воспроизводить импульсы. Обычный импульсный усилитель строится на основе резисторного усилительного каскада обладающего широкой полосой пропускания. Т.к. резисторный усилитель имеет завал характеристики на низких и высоких частотах, поэтому для уменьшений искажения формы импульсного сигнала, в схему вводятся специальные цепи частотной коррекции.

Схема ШПУ с цепью коррекции по высотной частоте.

В широкополосном усилителе с цепью высокой частотной коррекции и в коллекторную цепь транзистора последовательно с Rk включена корректирующая катушка (L), на низких частотах индуктивное сопротивление катушки очень мало и она не оказывает никакого влияния на работу усилительного каскада. В области возрастания частот сопротивление катушки увеличивается, что приводит к увеличению сопротивления нагрузки, а следовательно и коэффициента усилителя. То есть индуктивное сопротивление катушки компенсирует емкостное сопротивление паразитной емкости коллектора.

Схема ШПУ с цепью коррекции по низкой частоте.

Для подъёма частотной характеристики на низких частотах, в коллекторную цепь включают корректирующий фильтр (Rф, Сф). На средних частотах реактивное сопротивление коллекторной нагрузки не меняется = Rк. В диапазоне низких частот сопротивление кондицатора в цепи высокого сопротивления нагрузки возрастают, вследствие чего увеличивается коэффициент усиления каскада.

В последнее время широкое распространение получила частотная коррекция с помощью отрицательной обратной связи, в качестве частотной коррекции используется последовательно отрицательная обратная связь по току.

Избирательные усилители.

Избирательные усилители - усилители усиливающие сигналы в относительно узкой полосе.

По принципу действия различают избирательные усилители:

1)Резонансные.

2)Полосовые.

3)Усилители с обратной связью.

Резонансные усилители.

В резонансных усилителях в качестве нагрузки используют параллельный колебательный контур, имеющий большое сопротивление на резонансной частоте и малое для других частот. При использовании колебательного контура в качестве нагрузки он оказывается, зашунтирован выходным сопротивлением собственного каскада и выходным сопротивлением следующего каскада. За счёт чего избирательность контура ухудшается. Для ослабления связи транзистора с колебательным контуром используется не полное включение колебательного контура в коллекторную цепь транзистора. Такое включение достигается с помощью автотрансформаторной схемы включения контура.

Чтобы обеспечить настройку усилительного каскада на заданную частоту и получить требуемую полосу пропускания используют переменную ёмкость. Изменяя ёмкость переменного конденсатора можно в широких пределах менять настройку контура, и осуществлять избирательное усиление в соответствующем диапазоне частот.

Полосовые избирательные усилители.

В схеме полосового усилителя в качестве нагрузки использован полосовой фильтр представляющий собой 2х контурную связанную систему с взаимно индуктивной связи между контурами.

Полосовые усилители имеют фиксированную настройку то есть их колебательные контура не перестраиваются. Избирательность полосовых усилителей значительно выше, чем у резонансных.

Избирательный усилитель с обратной связью.

На более низких частотах избирательный усилитель с резонансными контурами становятся слишком громоздкими из-за больших габаритов катушек и конденсаторов, поэтому на низких частотах использующих усилители с обратной связью у которых в качестве цепи обратной связи используются частотно избирательные Rc фильтры. Так называемый двойной Т образный мост.

Коэффициент передачи обратной связи двойного Т образного моста зависит от частоты. При частоте, стремящейся к 0, а коэффициент передачи к 1 на низких частотах сопротивление конденсаторов очень высоко, поэтому выходное напряжение из коллектора передаётся через резисторы R1, R2 Т образного моста.

Принцип работы усилителя на транзисторах.

При отсутствии выходного сигнала, когда у входа = 0, усилитель находится в режиме покоя и выходное напряжение = 0. Такой режим называется статическим. При появлении входного сигнала происходит его усиление, т.е. в этом случае усилитель работает в динамическом режиме. Статический режим необходим для выбора положения рабочей точки так чтобы не было нелинейных искажений сигнала. При выборе рабочей точки пользуются входными и выходными характеристиками транзистора.

Рабочая область выходных характеристик ограничена линией NG-CD , при работе транзистора ток коллектора недолжен, превышать максимально допустимого тока и коллектора max. Линии NG соответствуют этому правилу. Каждый транзистор способен рассеивать мощность на коллекторе не выше допустимой. Линия GC ограничивает область допустимых мощностей рассеивания. Транзистор работает при определённом напряжении между коллектором и эмитором. При превышении max допустимого напряжения между коллектором и эмитором транзистор выходит из строя. Линия CD определяет область допустимых напряжений между коллектором и эмитором. Рабочую точку А следует выбирать так чтобы она находилась на середине линейных участков входной и выходной характеристик. Рабочая точка характеризируется током коллектора в режиме покоя и напряжением между коллектором и эмитором в режиме покоя. Динамическая характеристика представляет собой уравнение прямой линии, не проходящей через начало координат. Положение рабочей точки на нагрузочной прямой определяет режим покоя.

Для получения необходимого смещения пользуются различными схемами:

1)Схема с фиксированным током базы.

В схеме с фиксированным током смещения, ток базы проходит через резистор R1. Сопротивление резистора R1 получается очень большим 100 мега Ом. При смене транзистора положение рабочей точки меняется из-за разбросов параметра транзистора и влияния температуры поэтому эта схема не нашла широкого распространения.

2)Схема с фиксированным напряжением смещения на базе.

В схеме с фиксированным напряжением смещения, напряжение смещения снимается с резистора R2 входящего в делитель напряжения R1, R2. Ток делителя выбирается значительно больше, чем ток базы в режиме покоя. Это необходимо для того чтобы температурные изменения токов эмитора и коллектора не влияли на ток базы. Данная схема менее экономична, чем первая схема, но зато высока стабильность режима её работы.

Усилители мощности.

Для решения многих задач требуется значительно большая мощность выходного сигнала. Для решения этих задач применяются усилители мощности, основным назначением которых является отдача заданной мощности в нагрузку.

Усилители мощности работают в жёстких условиях: