
- •Письменные лекции
- •2010 Предисловие
- •Лекция 1 общие сведения об аналоговых электронных устройствах
- •1.1. Основные определения и классификация электронных устройств
- •1.2. Классификация и область применения аэу
- •1.3. Энергетическое представление аэу
- •1.4. Усилительные приборы аэу.
- •1.5. Принципы построения аэу
- •Лекция 2 система показателей аналоговых электронных устройств
- •2.1. Основные технические показатели и характеристики аэу
- •2.2. Энергетические показатели
- •2.3. Спектральные показатели
- •2.4. Временные показатели
- •2.5. Связь между частотными и временными характеристиками
- •2.6. Динамические показатели
- •Лекция 3 анализ работы усилительных каскадов
- •3.1. Работа усилительного каскада в режиме малого сигнала.
- •3.1.1. Критерии и особенности малосигнального режима работы транзистора
- •3.2. Представление уп эквивалентными схемами и линейными четырехполюсниками.
- •3.2. Способы включения транзистора в схему усилительного каскада.
- •3.2. Представление уп эквивалентными схемами и линейными четырехполюсниками.
- •3.3. Методы анализа линейных усилительных каскадов
- •3.4. Активные элементы уу
- •3.4.1. Биполярные транзисторы
- •3.4.2. Полевые транзисторы
- •3.5. Усилительный каскад на бт с оэ
- •3.2. Работа транзистора при большом уровне сигнала
- •3.2.1. Построение динамических характеристик
- •Лекция 4 влияние обратных связей на рабору усилительных каскадов
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Характеристики усилителей с ос
- •4.3. Проходная проводимость и ее влияние на входные свойства усилительных схем
- •4.4. Устойчивость усилителей с обратной связью
- •4.5. Паразитные ос в многокаскадных усилителях
- •4.6. Фон переменного тока в усилителях с паразитными ос
- •Лекция 5 усилительные каскады на биполярных транзисторах
- •5.1. Термостабилизация режима усилительного каскада на бт
- •5.2. Основные схемы питания и термостабилизации бт.
- •5.3. Анализ усилительных каскадов на бт в режиме усиления сигнала
- •5.3.1. Усилительный каскад на бт с оэ
- •5.3.2. Усилительный каскад на бт с об
- •5.3.3. Усилительный каскад на бт с ок
- •5.3.4. Характеристики бт при различных схемах включения
3.4.2. Полевые транзисторы
Полевыми транзисторами (ПТ) называются полупроводниковые усилительные приборы, в основе работы которых используются подвижные носители зарядов одного типа – либо электроны, либо дырки. Наиболее характерной чертой ПТ является высокое входное сопротивление, поэтому они управляются напряжением, а не током, как БТ.
Определяются
малосигнальныеY-параметры
ПТ по его эквивалентной схеме. Для целей
эскизного проектирования можно
использовать упрощенный вариант
малосигнальной эквивалентной схемы
ПТ, представленный на рис. 3.8.
Данная схема с удовлетворительной для эскизного проектирования точностью аппроксимирует усилительные свойства ПТ независимо от его типа, параметры ее элементов находятся из справочных данных
Выражения для эквивалентных Y-параметров ПТ, включенного по схеме с ОИ определяют по методике подразд. 3.3:
,
,
,
,
где
з,
с,
и
соответственно затвор, сток и исток ПТ;
– время пролета носителей,
.
Граничную
частоту единичного усиления ПТ
можно оценить по формуле:
.
Анализ
полученных выражений для эквивалентных
Y-параметров
ПТ, проведенный с учетом конкретных
численных значений справочных параметров,
позволяет сделать вывод о незначительной
зависимости крутизны от частоты, что
позволяет в эскизных расчетах использовать
ее низкочастотное значение
.
При отсутствии справочных данных о
величине внутренней проводимости ПТ
,
в эскизных расчетах можно принимать
ввиду ее относительной малости.
Пересчет эквивалентных Y-параметров для других схем включения ПТ осуществляется по тем же правилам, что и для БТ.
3.5. Усилительный каскад на бт с оэ
Среди
многочисленных вариантов усилительных
каскадов на БТ самое широкое применение
находит каскад с ОЭ, имеющий максимальный
коэффициент передачи по мощности
,
вариант схемы которого приведен на
рис. 3.9.
Если
входного сигнала нет, то каскад работает
в режиме покоя. С помощью резистора
задается
ток покоя базы
.
Ток покоя коллектора
.
Напряжение коллектор-эмиттер покоя
.
Отметим, что в режиме покоя напряжение
составляет
десятки и сотни мВ (обычно 0,5…0,8 В). При
подаче на вход положительной полуволны
синусоидального сигнала будет возрастать
ток базы, а, следовательно, и ток
коллектора. В результате напряжение на
возрастет, а напряжение на коллекторе
уменьшится, т.е. произойдет формирование
отрицательной полуволны выходного
напряжения. Таким образом, каскад с ОЭ
осуществляет инверсию фазы входного
сигнала на 180º.
Графически
проиллюстрировать работу каскада с ОЭ
можно, используя входные и выходные
статические характеристики БТ, путем
построения его динамических характеристик
(ДХ) [5,6]. Вследствие слабой зависимости
входной проводимости транзистора g
от величины нагрузки, входные статические
и динамические характеристики практически
совпадают. Выходные ДХ – это прямые
линии, которые в координатах
соответствуют уравнениям, выражающим
зависимости между постоянными и
переменными значениями токов и напряжений
на нагрузках каскада по постоянному и
переменному току.
Процесс
построения выходных динамических
характеристик (нагрузочных прямых по
постоянному –
,
переменному –
току) понятен из рис. 3.10.
Следует
отметить, что простое построение ДХ
возможно только при активной нагрузке,
т.е. в области СЧ АЧХ (см. рис. 3.2), в
областях НЧ и ВЧ нагрузочные прямые
трансформируются в сложные кривые.Построение ДХ
и их использование для графического
расчета усилительного каскада подробно
описано в [5,6*].
Нагрузки рассматриваемого каскада по постоянному и переменному току определяются как:
Координаты
рабочей точки
для малосигнальных усилительных каскадов
выбирают на линейных участках входной
и выходной ВАХ БТ, используя в малосигнальных
усилительных каскадах так называемый
режим (класс) усиления А. Другие режимы
работы каскадов чаще используются в
усилителях мощности, и будут рассмотрены
в соответствующем разделе.
При отсутствии в справочных данных ВАХ БТ, координаты рабочей точки могут быть определены аналитическим путем (см. рис. 3.10):
,
где
– напряжение нелинейного участка
выходных статических ВАХ транзистора,
;
Если
для малосигнальных каскадов в результате
расчета по вышеприведенным формулам
значения
и
окажутся, соответственно, меньше 2 В
и 1 мА, то, если не предъявляются
дополнительные требования к экономичности
каскада, рекомендуется брать те значения
координат рабочей точки, при которых
приводятся справочные данные и
гарантируются оптимальные частотные
свойства транзистора.