- •Электронные твердотельные приборы
- •Часть 1
- •Введение
- •1.1 Общие сведения о полупроводниках
- •1.2. Собственные полупроводники
- •1.3. Электронные полупроводники
- •1.4. Дырочные полупроводники
- •1.5. Токи в полупроводниках
- •Контрольные вопросы
- •2.1. Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия
- •2.2. Прямое и обратное включение p-n перехода
- •2.3. Теоретическая вольтамперная характеристика p-n-перехода
- •2.4. Реальная вольтамперная характеристика p-n-перехода
- •2.5. Емкости p-n-перехода
- •Контрольные вопросы
- •3.1. Классификация, разновидности
- •3.2. Стабилитроны
- •3.3. Параметрический стабилизатор напряжения
- •Контрольные вопросы
- •4. Биполярные транзисторы
- •4.1. Физические процессы и токи в транзисторе
- •4.2. Moдyляция ширины бaзы
- •4.3. Статические характеристики
- •4.4. Влияние температуры на статистические характеристики
- •4.5. Малосигнальные параметры и эквивалентная схема
- •4.6. Усилительный каскад на биполярном транзисторе
- •4.7. Частотные свойства биполярных транзисторов
- •Контрольные вопросы
- •5. Полевые транзисторы
- •5.1. Физические процессы в полевом транзисторе с p-n-переходом
- •5.2. Малосигнальные параметры полевого транзистора
- •5.3. Эквивалентная схема полевого транзистора для малого сигнала
- •5.4. Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •5.5. Полевой транзистор с плавающим затвором
- •5.6. Полевой транзистор с затвором Шоттки
- •5.7. Усилительный каскад на полевом транзисторе
- •Контрольные вопросы
- •6. Тиристоры
- •Контрольные вопросы
- •Заключение
- •Библиографический Список
- •ОглавлеНие
- •Электронные твердотельные приборы
- •680021, Г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.
5.7. Усилительный каскад на полевом транзисторе
Рассмотрим простейший усилительный каскад на полевом транзисторе, включенном по схеме ОИ, принципиальная схема которого приведена на рис. 5.16. В качестве активного элемента каскад содержит n-канальный полевой транзистор с управляющим p-n-переходом.
Квходу каскада подключается источник входного сигнала (генератор с эдсer = Er m sint и внутренним сопротивлением Rr). На выходе каскада включена нагрузка Rн.
Рассмотрим вначале режим покоя (er = 0) или, как его часто называют, режим работы каскада по постоянному току, и определим его параметры. Особенность полевого транзистора с управляющим переходом состоит в том, что напряжения Uзи и Uси имеют противоположные знаки. Для n-канального транзистора Uзи < 0, а Uси > 0. В этой ситуации для того, чтобы избежать использования двух источников питания применяется так называемое автоматическое смещение цепи затвор–исток. Его механизм заключается в следующем. Цепь стока питается от положительного полюса источника питания Eс. При этом в цепи Rc – канал транзистора – Rи протекает ток Ic0, который на резисторе Rи создает падение напряжения Uи0 = Iс0Rи. Это напряжение через резистор Rз прикладывается к промежутку затвор–исток. Заметим, что поскольку Iз0 = 0, падение напряжения на резисторе Rз тоже равно нулю, т. е. Uз0 = 0. В этом случае
Uзи0 = Uз0 – Uи0 = – Ic0Rи.
Так как сток тока Ico связан в режиме насыщения (именно этот режим используется в усилительных схемах) с напряжением Uзи0 соотношением (5.2), то для определения параметров режима покоя Uзи0 и Ic0 необходимо решить систему уравнений:
ic = Icmax. (5.5)
uзи = – icRи .
Эта система может быть решена аналитически или графически [7]. Графическое решение системы, в ходе которого определяется положение точки покоя на характеристике прямой передачи, иллюстрирует рис. 5.17.
Третий параметр режима покоя – напряжение Uси0 находится из уравнения:
Uси0 = Ec – Ic0 (Rc + Rи) (5.6)
Рассмотрим работу каскада в режиме усиления (er 0). Для этого построим эквивалентную схему каскада по переменному току. Ограничимся режимом средних частот и малого сигнала. При этом сопротивления разделительных конденсаторов можно считать равными нулю, а сопротивления паразитных емкостей структуры транзистора – равными бесконечности, т. е. можно использовать низкочастотную эквивалентную схему транзистора (рис. 5.18).
Рис. 5.18
Эквивалентная схема усилительного каскада по переменному току приведена на рис. 5.19.
Транзистор моделируется источником тока Sзи и внутренним сопротивлением Ri. Резистор Rс по переменному току оказывается включенным параллельно Ri и Rн. Резистор Rи на схеме не показан, поскольку шунтируется для устранения отрицательной обратной связи по переменному току конденсатором Си. Обычно Ri >> Rc и влиянием Rc можно пренебречь. Для учета влияния нагрузки используют эквивалентное сопротивление R= Rс||Rн . В соответствии с эквивалентной схемой можно записать ;, тогда коэффициент усиления по напряжению
. (5.7)
Знак минус в (5.7) свидетельствует о том, что усилительный каскад на полевом транзисторе, включенном с общим истоком, инвертирует сигнал, аналогично каскаду на биполярном транзисторе, включенном по схеме ОЭ. Из (5.7) также следует, что важнейшим параметром, определяющим усилительные свойства транзистора, является его крутизна. Для увеличения крутизны, как уже отмечалось, необходимо сокращать длину каналу lk, увеличивать его ширину W (W >> lk), а также использовать материалы с более высокой подвижностью электронов, в частности арсенид галлия. Входное сопротивление каскада Rвх=Rз может быть очень большим (порядка мегаома), а выходное сопротивление Rвых Rc. Высокое входное сопротивление является важным достоинством каскадов на полевых транзисторах.