Свойства полевого транзистора

1. У полевого транзистора огромное входное сопротивление, почти отсутсвует входной ток.

2. Крутизна меньше, чем у биполярного.

В усилителях чаще используют транзисторы с p-n переходом. В ключах и вспомогательных схемах – с изолированным затвором.

Включим транзистор в схему:

Сопротивление резистора нескольким МОм (очень большое). Считается, что ток затвора = 0 (не ощущаем до 10 МОм). Здесь нет делителя, в отличие от биполярного транзистора. Чтобы не было ОС по переменному току, включается.

- коэффициент усиления без ОС

- глубина ОС

- коэффициент усиления с ОС

У полевого транзистора есть термостабильная точка:

Характеристики при разных температурах пересекаются в одной точке. Оконечные каскады на полевых транзисторах работают надежнее.

Характеристики транзистора имеют некоторую область разброса параметров:

Номинальный ток стока и напряжение отсечки могут отличаться в 3-4 раза (только крайние значения в справочниках).

Построим нагрузочную линию при сопротивлении

Ток стока:

Характеристики носят квадратичный характер.

Крутизна: изменяется пропорционально 1 степени.

Если разброс тока велик, хочется увеличивать F, тогда нагрузочная линия => упадет крутизна, мы ничего не выигрываем. Такой подход не работает.

Нужно сделать сопротивление большим и сохранить крутизну. Строим нагрузочную линию не от 0, а от напряжения на затворе. Тогда можем увеличить (если ввести делитель напряжения). Из-за делителя (кОм) мы потеряли входное сопротивление. Поэтому делитель для полевого транзистора состоит из 3-х резисторов:

и - обычный делитель

Т. к. ток на затворе 0, топриближено равно напряжению на затворе. Сигнал через конденсатор, минуя делитель подаем сразу на затвор.

Можно построить делитель для транзистора с правой характеристикой точно так же.

Схема: вариант цепей смещения.

Смещение между З и С на транзисторе = падению напряжения на

На переменном токе:

Т. о. можно создать разную глубину ОС на постоянном и переменном токе. Эта схема с общим стоком. На переменном токе управляем выходным сопротивлением, коэффициентом передачи, а крутизной – на постоянном токе.

46-60

Вся кривая стремится к некоторому установившемуся значению. В устройствах с разделительным конденсатором нет дрейфов.

Мы имеем ограничение амплитуды на выходе.

Включение:

1) Инвертирующее

R2

Коэффициент усиления:

<-- Передача с выхода на вход

При увеличении f, уменьшается и сокращать нельзя.

В

R2

ходное сопротивление:

­

Используем формулу Блекмана.

2) Не инвертирующее

R2

R1

Uвх

Коэффициент усиления:

Входное сопротивление:

Частный случай:

Вх

К

оэффициент усиления К:=1 более точно

Коэффициент передачи =1 следовательно схема – повторитель.

ОК - эмиттерный повторитель

ОС – истоковый повторитель

ОА – катодный повторитель (повторял с точностью 0,9)

Но какая здесь точность? Если то 0,9999

то 0,99999

На ВЧ, М уменьшается, следовательно повторение ухудшается.

Выходное сопротивление ОУ

Rвых

Вх

По формуле Бискмана:

R вых

к з -

x x -

П

Ом

редположим, что

Ом

Если схема с R1 и R2, то будет F(∞) = 1+M∙B , но сопротивление всё равно малое. Будем считать, что ОУ имеет почти нулевое выходное сопротивление.

Всё рассмотренное выше справедливо для НЧ (М большое )

Амплитудные характеристики для ОУ с разным количеством полюсов.

Однополюсная характеристика

Рассмотрим ОУ с характеристикой вида:

К,дБ

f

Наклонная асимптота имеет стандартный наклон -6дБ/окт, но в ОУ это не принято писать. Поэтому в ОУ классич. наклон обозначают -20дБ/декаду (единичный наклон)

Коэффициент усиления с ОС:

Считаем, что ОС частотно независимая (R1 и R2). Преобразуем

F

Вводим ОС, коэффициент усиления уменьшенный в F раз

Ч астота полюса: без ОС p= -1/τ c ОС p= -F/ τ (увеличивается в F раз) Площадь прямоугольников:

Площади одинаковы (это площадь усиления)

Если больше полоса, то усиление меньше и наоборот. Площадь измеряется в МГц. Двухполюсная характеристика

При двухполосной характеристике в знаменателе квадратное уравнение. Решим его:

П

ока F малая и под корнем положительное число, корни разные и будут двигаться друг к другу навстречу и создают характеристику вида (-). Когда под корнем 0, корни станут кратными – наклон -40 дБ/дек.

Это при

Дальнейшее увеличение F приводит к появлению комплексно-сопряжённых корней. Характеристика принимает вид ( - )

Последняя характеристика без подъёма носит название максимально плоской.

Глубина ОС для этой характеристики

Fмп=2Fкр

Между глубиной Fкр и Fмп характеристика гладкая, но всё более соответствует асимптотам.

Дальнейшее увеличение F приводит увеличению подъёма на характеристике

(-). Добротность Q от неё зависит подъём на характеристике

Если отложим зависимость полюсов от глубины ОС.

Трёхполюсная характеристика

1 и 2 полюсы по прежнему стремятся друг к другу, а 3 полюс почти нейтрален Fкр<Fкр в 2-х полюсной функции (из-за 3-го полюса)

Поэтому зависимость почти такая же.

Под АЧХ нарисуем ФЧХ

На частоте полюса фазовый сдвиг = -45°. Построить для каждого полюса свою фазовую характеристику. Потом сложить это 3 фазовые характеристики. Теперь найдём частоту на которой фазовый сдвиг - 180°

Исходная ОС на НЧ и СЧ имела уже сдвиг 180°, да ещё 180° следовательно по петле 360°, то есть ОС станет положительной. При этом коэффициент усиления >1. В данном случае есть и баланс фаз, и баланс амплитуд, поэтому он будет самовозбуждаться. Поэтому F надо делать меньше, чем в данном интервале. После выбросов будет генератор с незатухающими колебаниями.

Р

ешим задачу:

Запишем модуль коэффициента передачи:

Б

удем исходить из того, что самовозбуждение возникает, если знаменатель

о

братится в 0: . Перенесём первую скобку и приравняем её к 0:

Переведём эту формулу в частоты:

Можно показать, какая F при определённом расположении полюсов:

1)

max F=9

2) Частота каждого отличается от предыдущего в 10 раз. fp2=10fp1 fp3=10fp2 F=123

Чем дальше полюсы друг от друга, тем большую глубину ОС можно ввести, не опасаясь самовозбуждения.

Самая устойчивая схема при таком расположении. Оставляют 1 НЧ доминирующий полюс, остальные в область ВЧ, следовательно можно вводить сколь угодно большую F (ограниченный коэффициент усиления)

Fmax=1+M

1 Вариант коррекции АЧХ в ОУ

Делают, чтобы при усилении было только 2 полюса, а третий очень далеко на ВЧ (не знаем точно где). Это двухполюсная характеристика.

Чтобы сделать однополюсную характеристику делают следующее: (---) – это характеристика после коррекции (второй полюс тоже ушёл в область, где усиление <1)

Нужно ввести дополнительные элементы коррекции (например RC-цепь):

АЧХ

НЧ – сопротивление ёмкости велико следовательно коэффициент передачи =1 (в дБ=0). Сопротивление вертикальной цепочки стремится к бесконечности.

ВЧ – остаётся 2 резистора (сопротивление ёмкости стремится к 0), следовательно получим некоторый коэффициент деления R/(R+R1)

Эту цепь (из двух элементов) разработчики микросхем рекомендуют подключать к соответствующим выводам. Чтобы R и C были меньше, выбирают точку с высокоомным сопротивлением. Разработчики рекомендуют подключать цепочки с разными R и C:

И для каждой характеристики номинальные значения R и C

Максимальная коррекция (самая левая характеристика) – полная частотная коррекция.

При такой коррекции ёмкость приблизительно 18000 пФ. Внутри микросхемы её выполнять нельзя – недостаток схемы.

Выполняется точно такая же коррекция, только ёмкость выращивается внутри микросхемы и используется эффект Миллера.

Реальная ёмкость внутри микросхемы 30-33пФ.

Здесь RC элемент; есть полюс и ноль, следовательно отсекается лишняя частотная характеристика и создаётся скорректированный ОУ.

2) Внутренняя частотная коррекция

Корректирующая ёмкость может быть выведена наружу.

Тогда два решения – короткое замыкание снаружи, либо ёмкость снаружи.

3) Вариант – коррекция с параллельным каналом передачи

ОУ разбивается на 2 части.

Характеристика известна:

Если взять конденсатор небольшой ёмкости, то будут проходить только ВЧ. Просто складывать нельзя, так как нужна векторная сумма. В итоге получаем (---)

На АЧХ появляется небольшая ступенька. В частотном диапазоне, где ступенька АЧХ Const и если бы ступенька была бесконечной, то фаза была бы равна нулю, но реально происходит некоторое уменьшение фазы, а потом фаза определяется общим наклоном АЧХ.

Диаграмма Найквиста

Нужно, чтобы годограф не охватил точку. Такая коррекция не позволяет самовозбуждаться.

Запас устойчивости – по модулю

- по фазе

По модулю определяется тогда, когда запаса по фазе уже нет (сдвиг фаз - 180°)

Запас по модулю желательно иметь 9-10 дБ

По фазе определяется, когда нет запаса по модулю (модуль равен 1)

R=1

В точке пересечения годографа и окружности запаса по модулю нет. у – запас по фазе; его желательно иметь 30°

Одним конденсатором не ограничиваются, их получается много, чтобы не допустить положительную ОС. Последние разработки делаются по 3-й схеме.

Микросхемы ОУ повышают частоту усиления от 20 МГц до 350МГц (750МГц)

Характеристики при большом сигнале.

Две характеристики:

1. Допустимое сопротивление нагрузки

В микросхеме выходной ток не должен превышать некоторого значения, следовательно нельзя включать любое сопротивление (слишком малое приведёт к выходу микросхемы из строя)

Чаще всего сопротивление нагрузки 2кОм.

2) Скорость нарастания (выходного напряжения)

Скорость изменения сигнала зависит от тока и ёмкости: Vаппаратная=I0/C

Скорость измеряется в В/мкс

Сигнал:

- Скорость изменения

Самая большая скорость при переходе через 0

Если Vc<Vап, то всё хорошо!!!Сигнал (---) проходит на выход без изменений. Если амплитуду увеличить, то (---) и вместо синусоиды получим треугольные импульсы вида (---) Предположим, усилитель при малом сигнале имеетГц. Что при большом сигнале? Есть частота при полной мощности

КГц

При маленьком сигнале ПП 1МГц, а при большом – только 16 КГц. Достигнуты результаты 400 В/мкс. Это значит, что через 1 мкс получим не 400 В, а только 13 В, т.к. микросхема питается не от 400 В, но это будет быстрее. Частотные свойства почти не зависят от скорости нарастания на малом сигнале.

Смещение между З и И на транзисторе равно падению напряжения наR_И1 U_ЗИ=R_И1

На переменном токе:

R~=R_И1+R_И2

Таким образом можно создать разную глубину ОС на постоян- ном и переменном токе.Эта схема с общим стоком.На перемен-

ном токе управляем выходным сопротивлением,коэфф.передачи,

а крутизной –на постоянном токе.

Частотная коррекция

Увеличить ПП:

1)F_ГР  (транзистор с меньшими паразитными ёмкостями)

2)низкоомные цепи

3)используем ОС

4)частотно-зависимая нагрузка