О расчете ступенейета ступеней на полевом транзисторе. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбителю-конструктору

 Комментарии к статье

расчете ступенейет различных ступеней на полевом транзисторе будет заметно проще, если использовать линейную аппроксимацию его характеристики, предложенную автором этой статьи. Если напряжение отсечки и начальный ток стока конкретного экземпляра транзистора известны, то такой расчете ступенейет дает неплохое совпадение с практикой.

Известно, что почти все литературные источники описывают расчете ступенейет усилительных ступеней с полевым транзистором только в режиме малого сигнала переменного тока. Непросто найти даже рекомендации по выбору начального режима транзистора. Между тем для большинства практических случаев нужнее расчете ступенейет ступени на постоянном токе.

Предлагаемая в статье методика позволяет провести расчете ступенейет наиболее часто встречающихся на практике узлов - усилителей постоянного тока, стабилизаторов тока и т. д. При этом расчете ступенейет по переменному току в режиме малого сигнала для низко- и средне-частотных сигналов будет лишь частным случаем более общего расчете ступенейета по постоянному току.

Для определенности ограничимся рассмотрением n-канальных транзисторов со встроенным каналом; для р-канальных нужно только изменить полярность напряжения.

Принято переходные характеристики lc=f(Uзи) транзистора аппроксимировать квадратичной функцией. Это в значительной степени справедливо для транзисторов с одиночным каналом, но их давно уже не выпускают. В настоящее время даже маломощные полевые транзисторы представляют собой сборку из нескольких включенных параллельно каналов-ячеек, а мощные содержат их до нескольких сотен, иногда и тысяч.

В силу этого и некоторых других факторов реальная переходная характеристика таких транзисторов лежит между линейной и квадратичной функциями. Аппроксимация реальной характеристики квадратичной функцией способна привести лишь к усложнению расчете ступенейетов, не оправданному соответствующим повышением точности. Целесообразнее для расчете ступенейетов использовать линейную аппроксимацию.

На переходной характеристике транзистора есть две характерные точки - начальный ток стока Iсо транзистора, определяемый при Uзи = 0.

и так называемое напряжение отсечки Uotc (рис. 1,а). И если с первом все ясно, то со второй вопрос сложнее.

Дело в том, что переходная характеристика асимптотически стремится к оси Uзи, из-за чего указать определенно напряжение, при котором ток стока будет равен 0 (т. е. истинное напряжение отсечки), невозможно. Поэтому и было принято условное значение U - напряжение, при котором ток стока равен 10 мкА, т, е. легко измеряемому значению.

Однако именно вблизи этой точки характеристика имеет особенно резкий изгиб, что и дает наибольшую составляющую погрешности при линейной аппроксимации. Правильнее было бы определять вторую точку в начале участка изгиба, например, по критерию уменьшения дифференциального значения крутизны или по определенному значению тока стока. К сожалению, отсутствие надежной статистики по переходным характеристикам современных полевых транзисторов не позволяет четко решить этот вопрос.

Поэтому приходится принять линейную аппроксимацию по двум стандартным точкам - lсo и Uotc. Сопутствующая ей погрешность в большинстве случаев не превышает 15%, что вполне достаточно для практики. На рис. 1, а жирной прямой показана линейная аппроксимация реальной характеристики транзистора.

На рис. 2 в качестве примера изображена схема истокового повторителя. При Uвх = 0 (если замкнуть вход повторителя на общий провод) рабочая точка А находится на пересечении переходной характеристики и нагрузочной прямой Rи (рис. 1). Реальная рабочая точка находится на пересечении действительной переходной характеристики и нагрузочной прямой - это точка Б. Рисунок иллюстрирует характер погрешности из-за линейной аппроксимации.

Начальное положение рабочей точки А по току Iнач, определяет выражение: Iнач = Iсо/(S·Rи+1). а по напряжению его можно выразить, как Uнач·Rи = lco·Rи Rn/(S · Rи+1). где S=lco/Uоtc - усредненная крутизна характеристики, a Rи - сопротивление резистора Rи (рис. 2).

При соединении затвора с общим проводом повторитель становится токостабилизирующим двуполюсником (стабилизатором тока). По первой формуле можно вычислить ток стабилизации.

Минимальное напряжение, при котором устройство входит в режим стабилизации тока, равно . Падение напряжения на канале транзистора UCи определяют либо по семейству выходных характеристик, либо экспериментально. Если Rи = 0. ток стабилизации максимален и равен Iсo, выходное сопротивление минимально и практически равно выходному сопротивлению транзистора.

С подачей на вход истокового повторителя постоянного (например, плюсового) напряжения Uвх, рабочая точка смещается в положение А, и ее новая координата по току I, соответствует выражению: Iт = Iнач + ΔI =(Iсо+Uвх·S)/(S·Rи+1). Значение закрывающего транзистор напряжения определится при It=0 - оно равно Uotc.

По напряжению новое положение рабочей точки можно выразить соотношением: Ut=lt · Rи=Rи(lco+ Uвх. · S)/(S · Rи+1).

Пределы входного напряжения в области плюсовых значений в общем виде описывает формула: Uвх=[Imax(S·Rи+1)-lco]/S, где Imax - максимальный ток транзистора. Максимальное значение тока Imax. ограничивают несколько факторов. Так. для транзисторов с затвором в виде р-n перехода оно не должно превышать Iс0, иначе затвор перейдет в режим прямого смещения и входное сопротивление транзистора резко уменьшится. С учетом этого последняя формула упрощается: Uвх=lCо·Rи.

Граница рабочего интервала со стороны минусового напряжения не зависит от начального режима работы транзистора и всегда начинается с Uotc. Из сказанного следует, что для расширения рабочего интервала следует выбирать транзистор с большим значением Uоtс.

Для транзистора с изолированным затвором значение ограничивается только предельно допустимым для прибора током или допустимой мощностью рассеивания. В любом случае 1max. не может превышать Uпит/Rи. При проведении расчете ступенейетов для конкретной ступени находят значение I определяемое каждым из рассмотренных выше факторов, выбирают наименьшее, и именно его подставляют в формулы.

Преобразуя выражение для Ut, получим Ut = Ico· Rи/(S · Rи+1 )+Uвх · S · Rи/ (S·Rи+1). Эта формула явно показывает, что характеристика Uвых = f(Uвх,) для потокового повторителя линейна.

Крутизна преобразования Kns исто-кового повторителя равна: Кns = ΔImax/ ΔUвх = S/(S·Rи + 1). Соответственно коэффициент передачи по напряжению Knu = Knl·Rи = S·Rи/(S·Rи+1).

На рис. 1,б показана характеристика Iс = f(Uвх) истокового повторителя. Передаточная характеристика Uвых = f(Uвх) имеет аналогичный вид. поскольку Uвых = Ic·Ки.

На рис. 3 изображена схема типичной усилительной ступени, в которой транзистор собран по схеме с общим истоком и резистором Rи автоматического смещения.

ачальный режим транзистора определен сопротивлением этого резистора. При задании режима транзистора по току (в отсутствие входного сигнала) сопротивление резистора можно определить по формуле:

Rи = (Iсo"Iнач)/Iнач ·S.

Обычно рабочую точку выбирают на середине характеристики, т. е. Iнач =Iсо/2 и Uнач = Uotc/2, и эта формула упрощается: Rи = I/S = Uotc/Ico.

Если начальное положение рабочей точки на характеристике должно быть несимметричным (например, в случае несимметричного входного сигнала), сопротивление резистора Rи при заданном значении Uнач, начального смещения определяют по формуле: Rи = Uнач/(lco-Uнач·S). Напряжение на стоке транзистора будет равно Uc=Uпит - Iнач ·Rc.

При симметричном сигнале сопротивление резистора Rc, обеспечивающее максимальный размах выходного напряжения при отсутствии искажений, находят по формуле: Rc=(Uпит - Uнач)/2I. Если же рабочую точку выбирают в середине передаточной характеристики транзистора, то Rc=(Uпит - 0.5Uotc)lco.

Резистор Rи является элементом отрицательной ОС. уменьшающей коэффициент передачи ступени. Для устранения действия ОС по переменному напряжению обычно включают блокировочный конденсатор Сбл показанный на рис. 3 штриховыми линиями. С этим конденсатором амплитуда отрицательных полуволн входного сигнала не должна превышать значения, равного напряжению отсечки транзистора.

Устранить действие ОС по переменному напряжению можно и другим путем - включением в цепь истока транзистора вместо резистора элемента, напряжение на котором мало зависит от протекающего через него тока, например, диода в прямом включении, стабистора и т. п. Однако такое схемотехническое решение возможно лишь в том случае, когда напряжение на этом элементе будет равно Uнач. Если же напряжение на элементе будет несколько меньше, то последовательно с ним включают добавочный резистор небольшого сопротивления.

Коэффициент передачи Knu ступени, собранной по схеме с общим истоком, определен известным выражением: Knu=S·Rc. При наличии резистора в цепи истока Кnu уменьшается: Кnu=S·Rc/ (S · Rи+1 )=lco · Rc/(lco · Rи+Uotc).

Сигнал на стоке транзистора VT1 (выход 1) находится в противофазе со входным, а сигнал на истоке (выход 2) - в фазе, что позволяет применять эту ступень в качестве фазорасщепителя. Обычно от фазорасщепителей требуется, чтобы значения амплитуды сигналов по обоим выходам были равными: Uвых1 = Uвых2 или lc·Rc=lи·Rи. Поскольку lc=lи условие равенства амплитуд выглядит так: Rc = Rи. При этом будут равны и значения коэффициента передачи по обоим выходам. Коэффициент передачи, сопротивление резисторов Rc и Rи. а также другие необходимые параметры могут быть рассчитаны по представленным выше формулам.

Рассмотрим, например, условия, при которых ступень по схеме на рис. 3 превращается по выходу 1 в линейный инвертор с Кnu = 1. Приравняв единице Кnu в последней формуле, получим

Rc - Rи = 1/S = Uоtc/Ico.

Такая ступень по аналогии с подобной на биполярном транзисторе может быть названа стоковым повторителем.

Автор: А.Межлумян, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбителю-конструктору.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Cамый ёмкий жесткий диск для автомобильных систем 02.07.2013 Корпорация Toshiba анонсировала, как утверждается, самый ёмкий на рынке винчестер, рассчитанный на использование в автомобильных медиацентрах и бортовых информационно-развлекательных системах. Объем представленного накопителя, получившего обозначение MQ01AAD032C, составляет 320 Гбайт. К автомобильным устройствам хранения данных предъявляются повышенные требования надежности. Так, новые винчестеры Toshiba имеют диапазон рабочих температур от минус 30 до плюс 85 градусов Цельсия. Они способны противостоять перепадам атмосферного давления, ударам, тряске и вибрациям. Жесткие диски оснащены одной пластиной. Они выполнены в формфакторе 2,5 дюйма, скорость вращения шпинделя составляет 4 200 оборотов в минуту. Среднее время поиска равно 12 мс, интерфейс - SATA. Накопители имеют размеры 100х70х9,5 мм и весят 105 г. Помимо модели на 320 Гбайт, в серию MQ01AADxxxC входят модификации объемом 100 и 200 Гбайт.

Другие интересные новости:

▪ Автомобильный видеорегистратор

▪ Трекер вещей Huawei Tag

▪ Дроны и коронавирус

▪ Искусственная мышца на основе природных белков

▪ Таблетка для очистки воды

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Дозиметры. Подборка статей

▪ статья Аристипп Киренский. Знаменитые афоризмы

▪ Что происходило во Франции в послевоенный период? Подробный ответ

▪ статья Саксаул. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Переключатели елочных гирлянд. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Преобразователь напряжения на микросхеме К155ЛА18. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026