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:

Канада планирует построить космодром 06.04.2026

Развитие космической инфраструктуры все чаще становится вопросом не только науки и технологий, но и национальной безопасности. Многие государства стремятся получить независимый доступ к космическим запускам, чтобы не зависеть от внешних партнеров и укреплять собственный технологический суверенитет. На этом фоне Канада объявила о запуске масштабного проекта по созданию собственного космодрома. Министр обороны Канады Дэвид Мак-Гинти сообщил, что правительство страны инвестирует 200 млн канадских долларов, что составляет около 150 млн долларов США, в строительство национального космодрома. Эти средства станут частью долгосрочной программы развития суверенных возможностей космических запусков. По словам Мак-Гинти, Министерство обороны подписало 10-летнее соглашение с компанией MLS на сумму 200 млн долларов. В рамках этого контракта планируется строительство стартовой площадки, которая будет использоваться не только военными структурами, включая Министерство обороны и Вооруженные силы ...>>

Обновленные телевизоры Xiaomi S Mini LED TV 2026 06.04.2026

Компания Xiaomi представила обновленную серию телевизоров S Mini LED TV 2026, которая заметно отличается от версии, недавно вышедшей на европейский рынок. Новое поколение ориентировано на расширенные возможности отображения и более гибкую конфигурацию экранов, что делает линейку более универсальной для разных сценариев использования. В обновленной серии Xiaomi S Mini LED TV 2026 предлагается сразу пять диагоналей, начиная от 55 дюймов и заканчивая внушительными 100 дюймами. Флагманская модель оснащена 1920 зонами локального затемнения, способна достигать пиковой яркости до 2000 нит и поддерживает частоту обновления изображения до 288 Гц, что делает ее особенно привлекательной для динамичного контента и игр. Младшая модель в линейке отличается в первую очередь количеством зон локального затемнения, которых здесь 576, однако остальные ключевые характеристики остаются на уровне старших версий. Это позволяет сохранить высокое качество изображения даже в более доступном сегменте, не ж ...>>

Беспилотный грузовой самолет с двигателем AEP100 05.04.2026

Авиационная отрасль стоит перед масштабной задачей перехода к экологически чистым технологиям, и одним из наиболее перспективных направлений считается использование водорода в качестве топлива. Этот элемент рассматривается как потенциальная альтернатива традиционным видам авиационного топлива благодаря своей энергоэффективности и отсутствию углеродных выбросов при использовании. На этом фоне Китай сообщил об успешном испытании беспилотного грузового самолета, оснащенного турбовинтовым двигателем AEP100 мегаваттного класса, работающим на водороде. Это событие стало важным этапом в развитии авиационных технологий, так как позволило протестировать двигатель в реальных условиях полета, а не только в лабораторной среде. Испытательный полет был проведен в субботу, 4 апреля, в городе Чжучжоу, расположенном в китайской провинции Хунань. Именно там впервые в реальных условиях был задействован водородный авиационный двигатель подобной мощности, что дало возможность оценить его стабильность ...>>

Случайная новость из Архива Пластиковый электропроводящий материал 31.10.2022 Группа исследователей из Университета Чикаго создала новый пластиковый материал, который проводит электрический ток подобно металлу и сохраняет стабильность при нагревании, охлаждении, пребывании на воздухе или даже под влиянием кислоты. По мнению авторов проекта, этот материал поможет сделать шаг по пути создания электроники нового поколения. Это порошок черного цвета. Однако когда мы наносим его на поверхность в виде пленки или прессуем как пластилин, он начинает переливаться и становится блестящим. Насколько мы можем судить, он стабилен при температуре до 250°С" , - рассказал руководитель исследовательской группы доктор Джон Андерсон (John Anderson). Он также отметил, что материал имеет электропроводность, как у графита. Электропроводность - одна из характеристик материалов, в которых электроны могут свободно перемещаться. Прежде всего, считалось, что ключевым условием для электропроводности является упорядоченная структура материала, как, например, в меди, состоящей из равных рядов атомов. Однако новое вещество, названное учеными металлополимером, состоит из молекулярных нитей на основе серы, углерода и водорода, а также вкраплений никеля через равные промежутки. При этом речь идет о материале с высокой электропроводностью, несмотря на то, что он аморфен. Ученые отметили, что нет надежной теории, объясняющей свойства нового материала. Цепи полимеров в нем образуют неупорядоченные кипы, которые складываются друг на друга, создавая аморфный материал, но также позволяя электронам двигаться в горизонтальном и вертикальном направлениях. "Хотя у нас еще нет четкой картины, мы думаем, что молекулярный вид цепочек обеспечивает сильное перекрытие и свойства металла, даже когда материал имеет неупорядоченную структуру и аморфный" , - отметил Джон Андерсон. По его мнению, новый материал может оказаться полезным в различных областях деятельности человека, поскольку его можно распылять или наносить другим способом на поверхности устройств. Например, создание гибких полимеров с электропроводностью может открыть двери для разработки носимой электроники нового поколения и многих других электронных устройств.

Другие интересные новости:

▪ Увлажнитель-очиститель воздуха Dyson PH01

▪ Космический корабль SpaceX Crew Dragon успешно вернулся с МКС

▪ Серийный электромобиль Volkswagen ID.3

▪ Поворотная розетка

▪ Стереоаудиоподсистема LM4934 Boomer

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Медицина. Подборка статей

▪ статья Менделеев Дмитрий. Биография ученого

▪ статья Что такое оперетта? Подробный ответ

▪ статья Коричник цейлонский. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Стандарты мощности (DIN,RMS,PMPO). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Превращение порванной карты в целую. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026