2.4.2. Польових транзисторів

Польовими транзисторами (ПТ) називаються напівпровідникові підсилювальні прилади, в основі роботи яких використовуються рухомі носії зарядів одного типа- або електрони, або дірки. Найбільш характерною межею ПТ є високий вхідний опір, тому вони управляються напругою, а не струмом, як БТ.

Визначаються малосигнальні Y-параметры ПТ по його еквівалентній схемі. Для цілей ескізного проектування можна використовувати спрощений варіант малосигнальної еквівалентної схеми ПТ, представлений на рис.2.8.

Дана схема із задовільною для ескізного проектування точністю апроксимує підсилювальні властивості ПТ незалежно від його типу, параметри її елементів знаходяться з довідкових даних

Вирази для еквівалентних Y-параметров ПТ, включеного по схемі з ОЇ визначають по методиці п.2.3:

,

,

,

.

Де з, з, і відповідно затвор, стік і витік ПТ; - час прольоту носіїв .

Граничну частоту одиничного посилення ПТ можна оцінити по формулі:

.

Аналіз отриманих виразів для еквівалентних Y-параметров ПТ, проведений з урахуванням конкретних чисельних значень довідкових параметрів, дозволяє зробити вивід про незначну залежність крутизни від частоти, що дозволяє в ескізних розрахунках використовувати її низькочастотне значення . За відсутності довідкових даних про величину внутрішньої провідності ПТ у ескізних розрахунках можна приймати зважаючи на її відносної трохи.

Перерахунок еквівалентних параметрів Y- для інших схем включення ПТ здійснюється по тих же правилах, що і для БТ.

2.5. Підсилювальний каскад на біполярному транзисторі з ое

Серед численних варіантів підсилювальних каскадів на БТ найширше застосування знаходить каскад з ОЕ, що має максимальний коефіцієнт передачі по потужності варіант схеми якого приведений на малюнку 2.9.

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 .

Графічно проілюструвати роботу каскаду з ОЕ можна, використовуючи вхідні і вихідні статичні характеристики БТ, шляхом побудови його динамічних характеристик (ДХ) [5,6]. Унаслідок слабкої залежності вхідної провідності транзистора g від величини навантаження, вхідні статичні і динамічні характеристики практично співпадають. Вихідні ДХ - це прямі лінії, які в координатах відповідають рівнянням, що виражають залежності між постійними і змінними значеннями струмів і напруги на навантаженнях каскаду по постійному і змінному струму.

Процес побудови вихідних динамічних характеристик (прямих навантажень по постійному - змінному - струму) зрозумілий з малюнка 2.10.

Слід зазначити, що проста побудова ДХ можливо тільки при активному навантаженні, тобто в області СЧ АЧХ (див. рис.2.2), в областях НЧ і ВЧ прямі навантажень трансформуються в складні криві.

Побудова ДХ і їх використання для графічного розрахунку підсилювального каскаду детально описана в [5,6].

Навантаження даного каскаду по постійному і змінному струму визначаються як:

Координати робочої точки для малосигнальних підсилювальних каскадів вибирають на лінійних ділянках вхідний і вихідний ВАХ БТ, використовуючи в малосигнальних підсилювальних каскадах так званий режим (клас) посилення А. Другие режими роботи каскадів частіше використовуються в підсилювачах потужності, і будуть розглянуті у відповідному розділі.

За відсутності в довідкових даних ВАХ БТ, координати робочої точки можуть бути визначені аналітичним шляхом (див. малюнок 2.10):

,

де - напруга нелінійної ділянки вихідних статичних ВАХ транзистора ;

Якщо для малосигнальних каскадів в результаті розрахунку по вищенаведених формулах значення і опиняться, відповідно, менше 2 В і 1 мА, то, якщо не пред'являються додаткові вимоги до економічності каскаду, рекомендується брати ті значення координат робочої точки, при яких наводяться довідкові дані і гарантуються оптимальні частотні властивості транзистора.

Для розрахунку параметрів підсилювального каскаду по змінному струму зручно використовувати методику, описану в розділі 2.3, а БТ представляти моделлю, запропонованою в розділі 2.4.1.

Полная электрическая схема усилительного каскада с ОЭ приведена на рис.2.11.

На відміну від раніше розглянутого каскаду (рис.2.9) тут застосована емітерна схема термостабілізації ( ), що забезпечує кращу стабільність режиму спокою, принцип її роботи буде розглянутий далі. Конденсатор необхідний для шунтування з метою з'єднання емітера транзистора із загальним дротом на частотах сигналу (усунення зворотного зв'язку на частотах сигналу, вигляд і характер цього зв'язку буде розглянутий у відповідному розділі).

Приведем эквивалентную схему каскада для частот сигнала (рис.2.12).

З метою спрощення аналізу каскаду виділяють на АЧХ області НЧ, СЧ і ВЧ (див. рис.2.2), і проводять аналіз окремо для кожної частотної області.

Эквивалентная схема каскада в области СЧ приведена на рисунке 2.13.

Як видно, ця схема не містить реактивних елементів, оскільки в області СЧ впливом на АЧХ розділових ( ) і блокувальних ( ) ємкостей вже можна нехтувати, а вплив інерційності БТ і ще трохи.