Схемотехника / Аналог / Аналоговая схемотехника

а

б

Рис.2.9. n - p - n-транзистор при включении с ОБ: а - схема включения; б - малосигнальная эквивалентная схема

Сопротивление базы пересчитывается к входному сопротивлению по формуле (т.е.

уменьшается в βN + 1 раз, определяемое соотношением эмиттерного входного тока к базовому току)

rБ' = rБ IБ = b rБ+

IЭ N 1 .

Тогда входное сопротивление равно:

Выходная дифференциальная проводимость определяется как

gВЫХ = gКЭ + RН−1 .

Коэффициент усиления по напряжению имеет вид

Так как UВХ = UБЭ , то АU = gm × gВЫХ−1 . Рассмотрим два случая:

22

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

2.2.3. Малосигнальная эквивалентная схема при включении транзистора с общим коллектором (эмиттерный повторитель)

Для определения входной, выходной и передаточной дифференциальных проводимостей и коэффициента усиления по напряжению транзистора, включенного с общим коллектором (ОК), воспользуемся схемой включения (рис.2.10,а).

в

Рис.2.10. n - p - n-транзистор при включении с ОК: а - схема включения; б - эквивалентная схема; в - малосигнальная эквивалентная схема

Исходя из эквивалентной схемы (рис.2.10,б), получим, что выходное напряжение повторяет входное со смещением на UБЭ , поэтому ее называют эмиттерным повторителем

UВЫХ = UВХ −UБЭ или UБЭ = UВХ −UВЫХ .

Без учета базового тока из условия баланса токов выходной цепи имеем

приведена преобразованная малосигнальная эквивалентная схема с выходным током

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

2.3. Дифференциальные проводимости полевого транзистора

Уравнение ВАХ полевого n-МОП-транзистора (рис.2.11),

Рис.2.11. n-МОП-транзистор

работающего в пологой области при условии, что UЗИ > UПОР и UСИ > UЗИ – UПОР,

имеет вид

подзатворного окисла; ε0 - диэлектрическая проницаемость вакуума; εОК - диэлектрическая проницаемость подзатворного окисла; dОК - толщина подзатворного окисла; UЗИ - напряжение затвор - исток; UПОР - пороговое напряжение транзистора.

2.3.1. Дифференциальная прямая передаточная проводимость полевого транзистора

Дифференциальная прямая передаточная проводимость определяется приращением тока стока при изменении напряжения затвор - исток

24

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Из уравнения ВАХ транзистора, работающего в пологой области, можно определить эффективное управляющее напряжение:

то gm = 40×10–6 Cм.

2.3.2.Дифференциальная выходная проводимость

Вуравнении ВАХ явной зависимости IС от напряжения UСИ нет, но вследствие

эффекта модуляции длины канала выходная дифференциальная проводимость транзистора отлична от нуля (рис.2.12).

Напряжение модуляции длины канала транзистора зависит от эффективной длины канала и управляющего напряжения UСИ:

а

Рис.2.12. n-МОП-транзистор: а - структура; б - выходная ВАХ

25

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

2.3.3. Влияние сопротивления в истоке на дифференциальную выходную проводимость транзистора

На рис.2.13,а приведена электрическая схема включения транзистора с сопротивлением ZИ в истоке, а на рис.2.13,б - эквивалентная схема, включающая идеальный МОП-транзистор и реальную дифференциальную выходную проводимость

gСИ .

Выходной ток стока определяется по закону Кирхгофа

DIС = gmDUЗИ + gСИDUСИ .

Рис.2.13. Схема включения n-МОП-транзистора с сопротивлением в истоке: а - электрическая схема; б - эквивалентная схема

При этом

DUЗИ = DUЗ - DUИ = -DUИ .

Тогда

DIС = -gmDUИ + gСИDUСИ = -gmDUИ + gСИ (DUС - DUИ ) = = -(gm + gСИ )DUИ + gСИDUС.

Так как

DUИ = DIСZИ , то DIС = -(gm + gСИ )DIСZИ + gСИDUС

или

26

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

DIС [1 + (gm + gСИ )ZИ ]= gСИDUС .

Отсюда

Поскольку gm >> gСИ , то можно записать

Таким образом, включение ZИ приводит к увеличению выходного сопротивления транзистора gСИ в (1 + gmZИ ) раз.

2.4. Малосигнальные эквивалентные схемы полевого транзистора

Получим малосигнальные эквивалентные схемы с h-параметрами для различных включений ПТ аналогично схемам, полученным для БТ.

2.4.1.Включение полевого n-МОП-транзистора

собщим истоком (ОИ)

Для определения коэффициента усиления, входной и выходной дифференциальных проводимостей воспользуемся схемой, приведенной на рис.2.14. Исходя из определенных

ранее дифференциальных проводимостей и с учетом подключенной резистивной нагрузки, получим следующие параметры:

Рис.2.14. n-МОП-транзистор: а - схема включения с ОИ; б - малосигнальная эквивалентная схема транзистора

27

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рассмотрим два случая:

1)если RН << g−СИ1 , то gВЫХ » RН−1 и, соответственно, коэффициент усиления по

напряжению АU = gm RН ;

2)если RН >> g−СИ1 , то gВЫХ » gСИ .

Коэффициент усиления по напряжению определяется собственным коэффициентом усиления полевого транзистора:

Коэффициент усиления полевого транзистора AU находится в диапазоне от 10 до 100.

2.4.2. Включение транзистора с общим затвором

На рис.2.15,а приведена схема включения n-МОП-транзистора с общим затвором (ОЗ), а на рис.2.15,б - малосигнальная эквивалентная схема.

Рис.2.15. n-МОП-транзистор с общим затвором: а - схема включения; б - малосигнальная схема включения

Для преобразования малосигнальной схемы к нормальному виду проведем расчет малосигнальных эквивалентных параметров:

DUЗИ = DUВХ ;

AU DUВХ = DUВЫХ ;

DIВХ = gm × DUВХ + gСИ (AU × DUВХ - DUВХ ) ;

DIВХ = DUВХ[gm + gСИ (AU -1)];

28

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Так как входной ток равен выходному, то можно записать, что

DIВХ = DIВЫХ = gmDUВХ .

Выходное напряжение соответственно

DUВЫХ = DIВЫХgСИ−1 .

Тогда выходная дифференциальная проводимость определяется как

малосигнальную схему (рис.2.16).

Рис.2.16. Окончательная малосигнальная схема n-МОП-транзистора,

включенного с ОЗ

Входная дифференциальная проводимость зависит от дифференциальных прямой передаточной проводимости и выходной проводимости сток - исток. Поскольку gm >> gСИ (AU -1) , получим

gВХ = gm + gСИ (AU -1) ~ gm .

Коэффициент усиления по напряжению равен:

AU = gm (gСИ−1 RH ) .

Рассмотрим два случая:

29

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

2.4.3. Включение транзистора с общим стоком или истоковый повторитель

На рис.2.17 приведена схема включения n-МОП-транзистора с общим стоком (ОС).

Рис.2.17. Схема включения n-МОП-транзистора с ОС

Данную схему также называют истоковым повторителем, так как выходное напряжение повто-ряет входное со смещением на посто-янное значение, определяемое

UЗИ:

UВЫХ = UВХ −UЗИ ≈ UВХ −UПОР .

Приращение напряжения затвор - исток можно расписать иначе (рис.2.18):

UЗИ = UВЫХ − UВХ = UСИ − UЗС .

gm UЗИ

С

Рис.2.18. Эквивалентная малосигнальная схема включения n-МОП-транзистора с ОС

Тогда приращение выходного тока будет равно:

30

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com