Студопедия КАТЕГОРИИ: АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Каскады на полевых транзисторах3.1.1. Принципиальные схемы каскадов Усилители переменного тока предназначены для усиления сигналов в диапазоне частот от
Таким образом, резистор  Резистор Разделительный конденсатор
Рис. 3.2. Усилительные каскады: а – ОЗ; б – ОС Две другие схемы включения полевого транзистора в усилительном каскаде приведены на рис. 3.2. В схеме с общим затвором (ОЗ) входной сигнал подается на исток, а выходной снимается со стока, тогда как в схеме с общим стоком (ОС) выходной сигнал снимается с истока, а входной подается на затвор. В схеме на рис. 3.2,а Схемы каскадов, построенных на МДП-транзисторах с индуцированным каналом (рис. 3.3), отличаются от соответствующих схем на полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом (рис. 3.1 и 3.2) только наличием резистивного делителя
Резистор
Рис. 3.3. Каскады ОИ (а), ОЗ (б) и ОС (в) на МДП-транзисторах с индуцированным каналом Схемотехника каскадов на МДП-транзисторах со встроенным каналом при работе в режиме обогащения аналогична схемотехнике каскадов на МДП-транзисторах с индуцированным каналом, а при работе в режиме обеднения – схемотехнике каскадов на полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом (возможен также режим при 3.1.2. Анализ каскада ОИ во всей области частот Анализ усилительного каскада проводится на основе малосигнальной эквивалентной схемы каскада, составленной из моделирующей эквивалентной схемы транзистора и пассивных элементов схемы каскада (источник питания с нулевым внутренним сопротивлением заменяется проводником).
Анализ проведем в предположении
Рис. 3.5. Преобразование схемы рис. 3.4 – сначала заменим параллельное соединение элементов одним макроэлементом, как показано на рис. 3.5,а, где – преобразуем генератор напряжения Обозначив узловые напряжения соответственно через
Преобразуем эту систему уравнений к канонической форме относительно неизвестных
Это система линейных уравнений, причем число неизвестных в ней равно числу уравнений. Такая система уравнений может быть решена матричным методом, для чего на основании полученной системы уравнений составляется матрица проводимостей
Функция передачи напряжения
где Учитывая, что в реальной схеме емкости разделительного и блокирующего конденсаторов 3.1.3. Анализ каскада ОИ в области средних частот В области средних частот сопротивления конденсаторов
где Учитывая, что
В соответствии с эквивалентной схемой рис. 3.6, где не учтено большое сопротивление участка затвор–канал, входное сопротивление каскада равно 3.1.4. Анализ каскада ОИ в области нижних частот
Как видно из рис. 3.7, выходное напряжение
Напряжение между затвором и истоком
В выражение
где Поскольку
где Чтобы учесть влияние
В области средних и верхних частот
т.е. блокирующий конденсатор 3.1.5. Анализ каскада ОИ в области верхних частот
Запишем уравнение Кирхгофа для узла С:
где Решим это уравнение относительно неизвестной
Пренебрегая в числителе составляющей
где Входная емкость каскада со стороны затвора транзистора
С достаточной степенью точности при определении Таким образом, входная емкость рассматриваемого каскада
значительно больше межэлектродных емкостей транзистора (необходимо помнить, что 3.1.6. Амплитудно-частотная характеристики каскада ОИ Функцию передачи каскада на полевом транзисторе в широком диапазоне частот можно записать в таком виде:
3.1.7. Анализ каскадов ОЗ и ОС Поскольку малосигнальные эквивалентные схемы всех типов полевых транзисторов одинаковы, одинаковыми будут и выражения параметров каскадов ОИ, построенных на разных типах полевых транзисторов. Но параметры каскадов на полевых транзисторах с общим затвором и общим стоком отличаются от параметров каскадов на полевых транзисторах с общим истоком, в чем можно убедиться, выполнив анализ, подобный анализу каскада ОИ. Приведем здесь только основные различия в методике и результатах анализа каскадов ОЗ и ОС по сравнению с каскадом ОИ. Каскад на полевом транзисторе с общим затвором. Полная эквивалентная схема каскада, а также схема для области средних частот (СЧ) приведены соответственно на рис. 3.10,а и б. В области средних частот определяются номинальный коэффициент усиления
Рис. 3.10. Эквивалентные схемы каскада ОЗ: а – полная; б – в области СЧ Поскольку, как это видно из рис. 3.10,б, напряжение на резисторе
По определению входная проводимость
а входное сопротивление
Поскольку
Так как в каскадах на полевых транзисторах с общим затвором (рис. 3.2,а и 3.3,б) отсутствуют блокирующие конденсаторы, то функция передачи каскада в области нижних частот
в отличие от (3.4), не содержит постоянную времени Выходная емкость Во всей области частот каскад ОЗ будет описываться функцией передачи (3.6), если в ней положить Таким образом, главные отличительные признаки каскада ОЗ – это отсутствие инверсии сигнала ( Каскад на полевом транзисторе с общим стоком В схеме каскада на полевом транзисторе с общим стоком (рис. 3.2,б и 3.3,в) входной сигнал подается на затвор, а выходной снимается с истока. Малосигнальная эквивалентная схема каскада во всей области частот приведена на рис. 3.11,а, а в области средних частот (СЧ) – на рис. 3.11,б.
Рис. 3.11. Эквивалентные схемы каскада ОС: а – полная; б – в области СЧ Напряжение
где напряжение между затвором и истоком, как видно из рис. 3.11,б, равно разности напряжений
Подставим это значение
откуда следует
что значительно отличается от выражения (3.3). Входное сопротивление
( Таким образом, ток, протекающий через резистор
а отношение
Чтобы найти выходное сопротивление
где Из выражения для
Емкости |
||
|
|
Последнее изменение этой страницы: 2018-06-01; просмотров: 401. stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда... |
до 
. Эти крайние частоты полосы пропускания называются: 
На рис. 3.1 приведена схема усилительного каскада на полевом транзисторе с общим истоком (ОИ), отличающегося тем, что входной сигнал 
подается на затвор, а выходной сигнал 
снимается со стока (источник питания 
является источником напряжения с очень низким внутренним сопротивлением). При нулевом входном напряжении ( 
) постоянный ток стока 
, а также напряжения 
и 
(т.е. режим покоя) полностью определяются значением 
, что следует из анализа уравнений входной (затвор–истоковой) и выходной (сток–истоковой) цепей ( 
– тепловой ток закрытого p-n-перехода):
(3.1)
в рабочей точке (а в конечном счете, ток стока 
), резистор 
обеспечивает гальваническую связь затвора с общей шиной, т.е. обеспечивает передачу напряжения с резистора 
зависит (при выбранном токе 
) величина напряжения 
). Напряжения 
и ток 
создаст заметное падение напряжения, причем нестабильное, которое изменит положение рабочей точки. Но оно не должно быть и слишком малым, чтобы не перегрузить источник входного сигнала, в качестве которого может выступать предыдущий каскад. Назначение резистора 
.
, что позволяет в диапазоне рабочих частот (от 
отделяет по постоянному току вход каскада от выхода предыдущего каскада либо другого источника сигнала, в результате чего каждый каскад по постоянному току оказывается изолированным от остальной схемы, что значительно облегчает обеспечение режимов по постоянному току каскадов. При этом емкость конденсатора 
, поскольку резистор 
и 
, благодаря чему напряжение смещения в рабочей точке 
.
, обеспечивающего подачу напряжения определенной полярности на затвор транзистора, что необходимо для образования у МДП-транзистора индуцированного канала:
. (3.2)
в рабочей точке, как видно из (3.2), задается элементами 
и 
.
).
В качестве примера проанализируем каскад ОИ на МДП-транзисторе с индуцированным каналом (рис. 3.3,а), малосигнальная эквивалентная схема которого (каскада) приведена на рис. 3.4 ( 
). Используем метод анализа, основанный на применении первого закона Кирхгофа, в соответствии с которым алгебраическая сумма всех токов, сходящихся к любому узлу электрической цепи, равна нулю, т.е.
.
. Если потребуется учесть влияние 
на параметры каскада, то в выражениях, полученных для случая 
подставляется 
. Чтобы воспользоваться методом узловых напряжений, произведем следующие преобразования схемы рис. 3.4:
, 
, 
;
в генератор тока 
, заменим параллельное соединение проводимостей 
их суммой 
и переобозначим узлы (рис. 3.5,б).
, 
, 
и полагая, что токи, направленные от узла, положительные, запишем систему уравнений, описывающую схему рис. 3.5,б:
( 
):
.
, входная проводимость 
и выходная проводимость 
, измеренная относительно внешней нагрузки, подключенной к зажиму С (в схеме она не показана), описываются следующими формулами:
; 
; 
,
– определитель матрицы; 
и 
– алгебраические дополнения соответственно элементов 
и 
; 
– определитель 
.
и 
, 
и 
, анализ каскада можно провести раздельно для областей средних, нижних и верхних частот. Получающиеся при этом результаты в виде выражений 
, 
и 
), а сопротивления емкостей 
). В этом случае эквивалентная схема рис. 3.4 примет вид, показанный на рис. 3.6.
Как видно из рис. 3.6, выходное напряжение 
есть произведение тока генератора 
на параллельное соединение сопротивлений 
:
,
.
, коэффициент усиления в области средних частот 
будет иметь следующее выражение:
. (3.3)
), а выходное – 
.
В этой области частот можно не учитывать действие малых паразитных емкостей транзистора ( 
), а действие конденсатора 
. Таким образом, схема рис. 3.4 примет вид, показанный на рис. 3.7 (после преобразования источника тока в источник напряжения 
).
, где
.
– это разность двух напряжений – на затворе и на истоке, т.е. 
. Эти напряжения определяются соответственно из входного и выходного контуров:
; 
.
вместо 
и 
, и решим получившееся уравнение относительно 
:
; 
,
.
будет иметь следующий вид:
,
.
вместо 
:
; 
. (3.4)
и 
, тогда как на частотах, близких к нулю, 
и
,
В области верхних частот разделительный и блокирующий конденсаторы обеспечивают близкие к нулю сопротивления ( 
), поэтому эквивалентная схема рис. 3.4 принимает вид, показанный на рис. 3.8, где учтено, что интересующая нас функция передачи определена как отношение выходного напряжения 
.
,
и 
– проводимости.
:
.
, функцию передачи каскада в области верхних частот представим в окончательном виде
, (3.5)
.
, как видно из рис. 3.8, состоит из 
или 
.
( 
– коэффициент усиления в области средних частот).
), а выходная емкость 
, как видно из рис. 3.8, равна сумме межэлектродных емкостей транзистора: 
.
, (3.6)
где 
, 
– низкочастотные постоянные времени цепей конденсаторов 
–высокочастотная постоянная времени. Амплитудно-частотная характеристика каскада имеет вид, показанный на рис. 3.9. Спад АЧХ в области верхних частот объясняется действием емкостей 
, который поставляет сигнал на выход каскада, в большей мере шунтируется этими емкостями), а в области нижних частот – действием разделительного 
и выходное 
сопротивления.
, а напряжение между затвором и истоком 
, ток 
определятся из соотношений
; 
; 
.
, а входной ток 
(см. рис. 3.10,б) равен сумме токов 
, поэтому
,
.
, выходное сопротивление 
.
,
. Здесь, как и в выражении (3.4), низкочастотная постоянная времени 
равна произведению 
, то можно считать 
. Эта емкость образует высокочастотную постоянную времени 
, определяющую поведение каскада в области верхних частот.
.
) и низкое входное сопротивление.
:
,
.
в выражение 
,
,
) будет равно разности между напряжением 
в общей точке соединения резисторов 
, поскольку 
).
,
, т.е. входное сопротивление, определяется выражением
.
,
.
следует
.
. Функция передачи каскада ОС 
(за счет большого сопротивления 
(при этом 
).