Исследование работы усилителя на полевом транзисторе

Цель работы: исследование амплитудных и амплитудно-частотных характеристик усилителя на полевом транзисторе (ПТ) и влияние отрицательной обратной связи на работу усилителя.

В радиоэлектронике часто приходится иметь дело со слабыми сигналами. Современные антенны могут принять и передать на вход радиоприемника сигнал, уровень которого составляет всего лишь 1–10 мкВ. Но чтобы сигнал можно было продетектировать и затем зарегистрировать необходимо, чтобы его уровень составлял ~1 В. Поэтому сигнал, принятый антенной, необходимо усилить по напряжению в 10⁵–10⁶ раза с помощью устройств, которые называются электронными усилителями.

1 Структурная схема электронного усилителя

Электронным усилителем называют такое электронное устройство, которое предназначено для увеличения мощности сигналов, причем форма сигналов до и после усиления должна быть одинакова. Мощность сигнала в усилителе возрастает за счет потребления энергии от источника постоянного напряжения обязательно входящего в состав усилителя. Обобщенная структурная схема усилителя может быть представлена в следующем виде (рис.1).

На вход усиливающего устройства подается сигнал малой мощности Р_ВХ от источника сигнала. В качестве источника сигнала может быть: антенна, микрофон, термопара, звукосниматель и другие источники сигналов. Усиливающее устройство преобразует сигнал так, что форма его не изменяется, а мощность сигнала выделяемого на нагрузке Р_Н становится соизмеримой с мощностью источника питания Р₀ (Р_Н  Р₀ ). В качестве нагрузки могут быть резистор, громкоговоритель, головка магнитофона, осциллограф, самописец, вольтметр, последующий усилитель и т. д.

Структурная схема электронного усилителя

Источник

сигнала

Усиливающее

устройтсво

Нагрузка

Р_вх Р_н

Р_о

Источник

питания

Рис.1.

На вход усиливающего устройства подается сигнал малой мощности Р_ВХот источника сигнала. В качестве источника сигнала может быть: антенна, микрофон, термопара, звукосниматель и другие источники сигналов. Усиливающее устройство преобразует сигнал так, что форма его не изменяется, а мощность сигнала выделяемого на нагрузке Р_Нстановится соизмеримой с мощностью источника питания Р₀ (Р_НР₀). В качестве нагрузки могут быть резистор, громкоговоритель, головка магнитофона, осциллограф, самописец, вольтметр, последующий усилитель и т. д.

Типы усиливающих элементов также разнообразны. В зависимости от вида усиливающего устройства усилители бывают: ламповые, транзисторные, на интегральных микросхемах и т.д. В данной работе рассматривается транзисторный усилитель на полевом транзисторе.

2. Полевые транзисторы

В радиоэлектронике широко применяются две группы транзисторов: биполярные и униполярные. В биполярных транзисторах используются носители зарядов обеих полярностей, а в униполярных - носители зарядов лишь одного типа: только электроны или только дырки. Униполярные транзисторы называют часто полевымитак как управление величиною тока, протекающего через транзистор, осуществляется электрическим полем.

Полевые транзисторы конструктивно делятся на две группы:

1. Транзисторы с управляющим р–n–переходом ( их называют канальными).

2. Транзисторы с изолированным затвором, имеющие структуру металл–диэлектрик–полупроводник и поэтому называющиесяМДП-транзисторами. Если в качестве диэлектрика в транзисторах этого типа используется оксид, то их называютМОП-транзисторами).

Рассмотрим конструкцию канального ПТ (рис.2). Полевой транзистор выполнен из полупроводниковой пластинки. Центральная область пластинки называется каналом. По каналу проходит поток электрических зарядов. В данной конструкции канал имеет дырочную проводимость (p-типа), а области окружающие канал -электронную проводимость (n-типа). В торцы канала вплавлены металлические электроды, которые называются истоком (и) и стоком (с). Электроды, вплавленные в верхний и нижний торцы пластины, соединяются вместе и называются затвором (з). Затвор называют управляющим электродом, так какcпомощью напряжения, приложенного к затвору, можно изменять площадь поперечного сечения канала, а, следовательно, управлять величиной силы тока, протекающего по каналу. Электроды полевого транзистора исток, сток и затвор являются аналогами электродов эмиттера, коллектора и базы биполярного транзистора соответственно. Между областями кристалла, имеющих р– и n–проводимость, образуется плоский р–n–переход. Транзистор рассмотренной конструкции называют ПТ с каналом р–типа. Заряды в канале всегда движутся от истока к стоку: в транзисторах с каналом р–типа – это дырки, а с каналомn–типа –электроны.

Схематическое изображение конструкции (а) и схемные