Схеми включення польових транзисторів

Польовий транзистор як елемент схеми є активним несиметричним чотириполюсником, у якого один із затисків є загальним для ланцюгів входу і виходу. Залежно від того, який з електродів польового транзистора підключений до загального висновку, розрізняють схеми: із загальним витоком і входом на затвор; із загальним стоком і входом на затвор; із загальним затвором і входом на витік.

8

Одноперехідний транзистор або, як його ще називають, двохбазовий діод, є трьохелектродний напівпровідниковий прилад з одним р-n переходом. Структура його умовно показана на мал. 1, а, умовне графічне позначення в схемах - на мал. 1, би.

Основою одноперехідного транзистора є кристал напівпровідника (наприклад, з провідністю n-типу), званий базою. На кінцях кристала є омічні контакти Б1 і БЗ, між якими розташована область, що має випрямляючий контакт з напівпровідником р-типу, що виконує роль емітера.

Принцип дії однопероходного транзистора зручно розглянути, користуючись простою еквівалентною схемою (мал. 1, в), де RБ1 і RБ2 - опору між відповідними висновками бази і емітером, а Д1- емітерний р-п перехід. Струм, що протікає через опори RБ1 і RБ2, створює на першому з них падіння напруги, що зміщує діод Д1 у зворотному напрямі. Якщо напруга на зміттере Uэ менше падіння напруги на опорі RБ1, діод Д1 закритий, і через нього тече тільки струм витоку. Коли ж напруга UЭ стає вищою за напругу на опорі RБ1, діод починає пропускати струм в прямому напрямі. При цьому опір RБ1 зменшується, що приводить до збільшення струму в ланцюзі Д1 RБ1, а це, у свою чергу, викликає подальше зменшення опору RБ1. Цей процес протікає лавиноподібно. Опір RБ1 зменшується швидше, ніж збільшується струм через р-п перехід, в результаті на вольт-амперній характеристиці одноперехідного транзистора (мал. 2), з’являється область негативного опору (крива 1). При подальшому збільшенні струму залежність опору RБ1 від струму через р-п перехід зменшується, і при значеннях, великих деякої величини ( Iвыкл) воно не залежить від струму (область насичення).

При зменшенні напруги зсуву Uсм вольт-амперпая характеристика зміщується вліво (крива 2) і за відсутності його звертається в характеристику відкритого р-п переходу (крива 3).

10 (Бред)

Напівпровідникові прилади можна розділити на дві великі групи: біполярні

та уніполярні. До біполярних приладві відносяться: діоды з PN переходом,

біполярні транзистори, тірістори. До уніполярних відносяться: діоди з

контактом метал-напівпровідник, діоди Ганна, польові транзистори. Крім

цього окрему групу складають прилади, в яких використовуються об'ємні

властивості матеріалів: термістори, фоторезистори, варістори та ін.

Біполярні напівпровідникові прилади

Основні рівняння, що використовуються для аналізу напівпровідникових

приладів

Для густини струму:

Рівняння неперервності:

Ліва частина рівняння неперервності характеризує зміну концентрації з

часом, в правій частині рівняння перший елемент характеризує генерацію,

другий рекомбінацію і третій зміну концентрації носіїв заряду в

розглянутому об'ємі за рахунок зовнішніх потоків.

Напівпровідникові діоди

Електронно-дірковий перехід

11

Електровакуумні прилади (ЕВП), прилади для генерації, посилення і перетворення електромагнітної енергії, в яких робочий простір звільнений від повітря і захищений від навколишньої атмосфери жорсткою газонепроникною оболонкою. До ЕВП відносяться лампи розжарювання, вакуумні електронні прилади (у яких потік електронів проходіт у вакуумі), газорозрядні електронні прилади (у яких потік електронів проходіт в газі).

Лампи розжарювання — найбільш масовий вигляд ЕВП (у 70-х рр. 20 ст щорічний світовий випуск складає близько 10 млрд. штук). Видалення повітря з балона лампи запобігає окисленню нитки напруження киснем. Для зменшення випару розжареної нитки лампи розжарювання деяких типів після видалення повітря наповнюють інертним газом. Це дозволяє підвищити робочу температуру нитки напруження і тим самим — світлову віддачу ламп без зміни терміну їх служби. Присутність інертного газу не впливає на процес перетворення електричної енергії, що підводиться до лампи, в світлову. В газорозрядних електронних приладах ( іонних приладах ) тиск газу звичайний значно нижче атмосферного (тому їх і відносять до ЕВП). Клас газорозрядних ЕВП охоплює наступні види приладів. 1) Іонні прилади великої потужності (до декількохМвт при струмах до тисячі а ), дія яких заснована на нейтралізації об'ємного заряду іонами газу. До таких ЕВП відносятьсяртутні вентилі, використовувані для перетворення змінного струму в постійний в промисловості, на ж.-д.(железнодорожний) транспорті і в інших галузях; імпульсні водневі тиратрони і таситрони, службовці для перетворення постійного струму в імпульсний в пристроях радіолокації, електроїськрової обробки металів і др.; іскрові розрядники і кліпперниє прилади,вживана для захисту апаратура від перенапружень. 2) Газорозрядні джерела світла безперервного випромінювання, використовувані для освітлення приміщень, вулиць, в рекламах, що світяться, кіноапаратурі і т. д., і імпульсні джерела світла, вживані в пристроях автоматики і телемеханіки, передачі інформації, оптичної локації і т. д. 3) Індикатори газорозрядні (сигнальні, знакові, лінійні, матричні), службовці для візуального відтворення інформації в ЕОМ(електронна обчислювальна машина) і інших пристроях. 4) Квантові газорозрядні прилади, що перетворюють енергію постійного струму в когерентне випромінювання, — газові лазери, квантові стандарти частоти .

12

Коефіцієнт гармонік Кг вимірюють при синусоїдальному вхідному сигналі і висловлюють процентним відношенням сумарного напруження всіх гармонік Uг до вихідній напрузі U вих.

Для підсилювачів ЗЧ різних класів допустимий коефіцієнт гармонік встановлюється відповідними нормами (ГОСТ).

Наприклад, для підсилювачів ЗЧ радіомовних приймачів, радіол, магнітол, електрофонів коефіцієнт Кг може бути 5 … 7%, для підсилювачів ЗЧ побутових магнітофонів – 5%. Чим вище клас радіоапаратури, тим нижче коефіцієнт гармонік.

Чутливість підсилювача ЗЧ – Це те напруга сигналу звукової частоти, яке треба подати на вхід підсилювача, щоб отримати на його навантаженні номінальну вихідну потужність. Чутливість більшої частини підсилювачів, призначених для відтворення грамзапису, становить 100 … 250 мВ; таку напругу розвиває пьезокерамический звукознімач.

Частотну характеристику підсилювача графічно зображують у вигляді кривої, що показує залежність напруги вихідного сигналу від його частоти при незмінній напрузі на вході. Кривизна характеристики пояснюється тим, що підсилювач неоднаково підсилює сигнали різних частот. Гірше за все він підсилює коливання найнижчих (приблизно до 100 Гц) і самих високих (більше 8 … 10 кГц) частот звукового діапазону, тому його частотна характеристика нерівномірна і має спади, або, як ще кажуть, завали по краях діапазону. Крайні частоти діапазону, на яких спостерігається спад посилення на 30% (-3 дБ), прийнято вважати межами смуги частот підсилюються коливань. Частотна характеристика, або смуга пропускаються частот трактами ЗЧ мережевих радіоприймачів, може бути від 40 … 60 до 10 000 Гц, а таких же трактів малогабаритних («кишенькових») приймачів – від 800 до 3500 Гц. Чим вище клас підсилювача ЗЧ, тим ширше повинна бути смуга рівномірно підсилюються їм частот.

13

Зворотний зв'язок у підсилювачах

Зворотним зв'язком (ОС) у підсилювачі називається передача частини енергії з його виходу на вхід. Зворотний зв'язок негативна, якщо зменшує коефіцієнт підсилення підсилювача, у противному випадку вона позитивна. Зворотні зв'язки бувають корисними, якщо створюються цілеспрямовано, і паразитними (шкідливими), якщо виникають мимовільно. За місцем перебування зворотні зв'язки можуть бути внутрішніми, якщо здійснюються усередині ланцюга самого підсилювального каскаду, і зовнішніми, якщо їхнього ланцюга охоплюють підсилювальний каскад зовні.  У загальному випадку ланцюг зовнішньої ОС являє собою пасивний чотириполюсник, що своїми виводами підключається до вихідного й вхідного ланцюгів ОУ. Відзначимо, що в загальному випадку напруга й струм на вході підсилювача зі зворотним зв'язком і однойменні величини на вході ОУ не збігаються. Позитивна ОС у підсилювачах практично не застосовується, але лежить в основі роботи різного роду автогенераторів синусоїдальних коливань і регенеративних пристроїв. Негативна ОС використовується в підсилювачах дуже широко.  Вона дозволяє створювати пристрою різного функціонального призначення, а також поліпшує параметри підсилювачів: зменшує значення вихідного опору, збільшує значення граничної частоти Ранків, а отже, і смугу частот посилення сигналів, зменшує нелінійні перекручування напруги на виході й залежність значень параметрів підсилювача від дестабілізуючих факторів (звичайно температури). Корисні властивості негативного зворотного зв'язку досягаються за рахунок зменшення значень коефіцієнта підсилення напруги підсилювача. Це, однак, не має істотного значення, тому що власний коефіцієнт підсилення напруги ОУ дуже великий.  Підсилювачі з негативним зворотним зв'язком. Розглянемо приклади підсилювачів з негативним зворотним зв'язком на основі ОУ, думаючи їх ідеальними. 

14

Режим роботи підсилювача

Розрахунок параметрів ланцюга зворотного зв'язку й параметрів підсилювача з урахуванням дії зворотного зв'язку проводиться із застосуванням системи параметрів матриці лінійного чотириполюсника. У справжній главі визначені співвідношення між необхідними параметрами й тими статичними параметрами підсилювача, зміни яких при введенні зворотного зв'язку необхідно простежити.  Розглянемо також питання вибору параметрів перехідних междукаскадных елементів підсилювача, оскільки від їхніх значень залежить робота підсилювача на нижчій робочій частоті й ці ж параметри у великому ступені визначають стійкість підсилювача із глибокими зворотними зв'язками у випадку застосування трансформаторних междукаскадных зв'язків. При визначенні статичних параметрів ми цікавимося лінійною областю роботи підсилювача. У дійсності ж амплітудна характеристика підсилювача має зону насичення й у випадку застосування каскадів із тріодами, що працюють у режимі класу В, більш-менш сильно виражену зону нечутливості.  Вона особливо проявляється при роботі підсилювача в області негативних температур у зв'язку зі збільшенням нелінійності типу зони нечутливості в прямого опору діода, яким, грубо говорячи, є вхідний ланцюг напівпровідникового тріода. При наявності нелінійності при малих сигналах зворотний зв'язок її зменшить. При збільшенні нелінійності, коли Кг прагне до нуля, зворотний зв'язок перестає діяти й зона нечутливості не усувається. Якщо її наявність неприпустимо, то доводиться переводити тріоди, що працюють у режимі класу В, у режим АВ.  Однак при цьому збільшується потужність, виділювана на тріодах, що може привести до виходу їх з ладу при подачі сигналу, а у важких випадках і без нього, особливо при підвищених температурах роботи підсилювача. Розрахунок умов теплової рівноваги тріода обмежує область значень струмів і напруг на тріоді й висуває певні вимоги до схеми стабілізації режиму роботи з постійного струму. Розрахунок режимів тріодів при роботі в класі А и В додаткових пояснень не вимагає. По цьому розрахунку остаточно визначається область лінійної роботи підсилювача й відхилення від лінійності При поданні підсилювача еквівалентним чотириполюсником ми не деталізували питання про місце підключення опорів навантаження й джерела сигналу. Підключення до підсилювача навантаження й джерела сигналу з опорами скінченної величини, а також чотириполюсника зворотного зв'язку ставить нас перед необхідністю розгляду складного ланцюга, що складає вже із чотирьох чотириполюсників: підсилювача, ланцюга зворотного зв'язку, навантаження й джерела сигналу. У цьому випадку опис усього пристрою за допомогою формул уже неправомочно, і необхідно одержати вираження, що зв'язують параметри всіх чотирьох зазначених чотириполюсників. 

15

Розрізняють такі класи підсилювачів:

1. A — підсилювачі, у яких весь сигнал підсилюється однією лампою або транзистором, використаються в малопотужних каскадах, мають максимально можливий ККД порядку 25 % і забезпечують найменший рівень нелінійних перекручувань.

2. B — підсилювачі що працюють на двох лампах або транзисторах, «позитивна» половина півхвилі сигналу підсилюється одним транзистором, а «негативна» половина — іншим. Такий режим генерує велику кількість нелінійних перекручувань через складності переключення з одного транзистору на інший, однак ККД каскаду значно збільшується.

3. AB — підсилювачі що працюють на двох лампах або транзисторах, за тим же принципом, як і класу B, однак поле дії обох транзисторів взаємно перекривають одне одного, що дозволяє зменшити кількість нелінійних перекручувань, в той же час у порівнянні з класом A, ці підсилювачі мають значно ліпший ККД.

4. C — працюють при напрузі зсуву більшому, ніж напруга запирання, і амплітудою сигналу не перевищуючої напруги зсуву. У такому режимі транзистор проводить тільки верхню частину позитивної напівхвилі, що приводить до більших перекручувань сигналу. Цей клас не придатний для використання в якості звукопідсилювача потужності, але часто застосовується в схемах генераторів і множників частоти (завдяки багатому набору гармонійних складових вихідного струму). Така схема характерихується високим КПД (близько 85 %).

5. D — імпульсні підсилювачі. На базу транзистора (напруга зсуву якої повинне бути більше напруги запирання) подається послідовність прямокутних імпульсів, що пройшли широтно-імпульсну модуляцію сигналом, якому необхідно підсилити. Ця послідовність відмикає й замикає транзистор, змушуючи його працювати в ключовому режимі. Значення ККД для цього класу становлять близько 90 %, тому що робоча крапка транзистора дуже короткий час перебуває на лінійній ділянці характеристики, втрати в закритому або повністю відкритому стані мінімальні, а струм через транзистори при відсутності сигналу дорівнює нулю. Завдяки всьому цьому останнім часом зріс інтерес до підсилювачів цього класу.

6. E — резонансні підсилювачі, в аудіотехніці не використовуються

16

Відповідно до вихідних даних, а саме заданого діапазону частот Δf:=80-12500Гц, проектується попередній підсилювач низької частоти (УНЧ). Найбільш поширеною схемою попереднього підсилювання сигналів низької частоти є схема транзисторного підсилювача зі спільним емітером, яка має достатньо високі вхідний та вихідний опори, що дозволяє не використовувати спеціальні погоджувальні пристрої.

Рис. 2.1. Схема попереднього підсилювального каскаду з загальним емітером