|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Niezwykły tryb działania tranzystora polowego. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Projektant radioamatorów Tradycyjny układ wzmacniaczy liniowych opartych na tranzystorach polowych z bramką w postaci złącza pn (zwanym dalej bramką pn dla zwięzłości) zapewnia głównie tryb, gdy punkt pracy znajduje się w obszarze odwrotne (zamykające) nastawienie, tj. w Uots Przeprowadzone przez autora badania wykazały, że zastosowanie modu, w którym punkt pracy może znajdować się w strefie polaryzacji otwarcia, może znacznie uprościć obwody węzłów na tranzystorach polowych. Stosowanie takich schematów jest racjonalne w przypadkach, gdy wymóg minimalnej liczby elementów uzasadnia potrzebę wybrania niektórych z nich, tj. w praktyce radioamatorskiej oraz przy opracowywaniu szczególnie miniaturowych projektów.
Na ryc. 1 pokazuje uogólnioną charakterystykę bramki drenażowej i wejściowej tranzystora polowego FET z bramką pn. Na tych charakterystykach prądowo-napięciowych - Iс=f(Uin) i Iz=f(Uin) można wyróżnić trzy charakterystyczne strefy: 1 - polaryzacja zamykania Uzi, 2 - polaryzacja otwarcia, przy której praktycznie nie ma prądu bramki, oraz 3 - bias otwarcia, który powoduje znaczny prąd bramki. Nie ma wyraźnej granicy między strefami 2 i 3, dlatego dla pewności przyjmiemy jako granicę warunkową między nimi rzędną odpowiadającą prądowi bramki 1 μA - przy tym prądzie rezystancja bramki jest nadal bardzo wysoka, a to wartość można stosunkowo łatwo zmierzyć. Prąd drenu na tej granicy oraz napięcie przewodzenia na bramce Um oznaczamy również symbolem Im. Przy napięciu Uzi większym niż limit prąd bramki zaczyna gwałtownie rosnąć, a tranzystor polowy traci swoją główną zaletę - wysoką rezystancję wejściową. Dlatego praca w strefie 3 nie jest brana pod uwagę. Z powyższego wynika, że nie ma potrzeby całkowitego wykluczania działania tranzystora polowego w strefie polaryzacji przewodzenia, wystarczy, że punkt pracy nie przechodzi w strefę 3, tj. Warunek Uzi Pomimo faktu, że rozszerzenie zakresu napięcia roboczego Uzi ze względu na dodanie strefy polaryzacji przewodzenia jest niewielkie w wartości bezwzględnej, jest to bardzo ważne, ponieważ pozwala na nieco inne podejście do obwodów tranzystorów polowych. Jak widać z rys. 1 charakterystyka spustowo-przesłonowa przechodzi w strefę 2 płynnie, bez przerwy. Istota procesów fizycznych zachodzących w tranzystorze polega na tym, że po przyłożeniu do bramki stałego napięcia polaryzacji, kanał rozszerza się i wzrasta jego przewodnictwo, tranzystor zaczyna pracować w trybie wzbogacania. Łatwo zauważyć, że biorąc pod uwagę strefę polaryzacji przewodzenia, tranzystor pn-gate staje się podobny pod względem charakterystyki do izolowanego tranzystora bramkowego ze zintegrowanym kanałem, który może działać z polaryzacją do przodu i do tyłu na bramce. Różnica jest tylko ilościowa - w pierwszym z nich obszar roboczy strefy bezpośredniego przemieszczenia jest krótszy, ponieważ jest ograniczony wartością Um. Dlatego tranzystor polowy pn-gate może być używany w trybach, które uznano za możliwe tylko dla tranzystorów z izolowaną bramką i zintegrowanym kanałem. Obecność poważnych niedociągnięć w tranzystorach z izolowaną bramką - znaczny rozrzut charakterystyk, niska odporność na elektryczność statyczną i szereg innych - ostro ogranicza zakres praktycznego zastosowania tych urządzeń, nawet jeśli ich indywidualny dobór jest dopuszczalny. Gama obecnie produkowanych tranzystorów z bramką pn jest znacznie szersza niż z izolowaną, są one tańsze i mają mniejszy rozrzut charakterystyk. Z tych powodów tranzystory pn-gate powinny być uważane za bardziej preferowane.
Przyjrzyjmy się niektórym zastosowaniom tych tranzystorów w trybie polaryzacji bramki do przodu. Na ryc. 2a przedstawia obwód wzmacniacza liniowego. Zastosowanie trybu pracy bez wstępnego obciążenia umożliwiło wyeliminowanie automatycznego rezystora polaryzacji i kondensatora blokującego w obwodzie źródłowym tranzystora VT1. Obliczenie kroku DC jest uproszczone i sprowadzone do wyznaczenia rezystancji rezystora obciążenia R2 za pomocą wzoru: R2 \uXNUMXd (Upit-Uout o) / Io gdzie Uout o jest napięciem wyjściowym przy braku sygnału wejściowego, a Io jest początkowym prądem tranzystora. Przy wyborze Uout o= 0,5 Upit formuła (1) jest uproszczona i przyjmuje postać: R2=Upit/2Io. Opracowując wzmacniacze zgodnie z tym schematem, należy pamiętać, że w przypadku tranzystorów o początkowym prądzie drenu wynoszącym kilkadziesiąt miliamperów ich dopuszczalna moc może zostać przekroczona. Jeśli konieczne jest zmniejszenie wzmocnienia, w obwodzie źródłowym znajduje się rezystor R3. Należy podkreślić, że w tym przypadku kondensator blokujący nie może zostać włączony. Tryb prądu przemiennego jest obliczany według znanych wzorów; wzmocnienie znajduje się na podstawie wyrażenia Ku \u2d S • R10, gdzie S jest nachyleniem charakterystyki tranzystora. Oczywistym jest, że dla Ku>1,1 w większości przypadków wzmocnienie sygnału wyjściowego w amplitudzie do Upit następuje przy Uin Jeśli konieczne jest zwiększenie dopuszczalnej amplitudy dodatniego napięcia wejściowego powyżej Um, należy włączyć diodę zamiast rezystora R3 w obwodzie źródłowym (katoda do wspólnego przewodu). Napięcie polaryzacji przewodzenia dla diod krzemowych może mieścić się w zakresie 0,4 ... 0,8 V (w większości przypadków 0,5 ... 0,7 V) w zależności od rodzaju diody i prądu źródłowego tranzystora. Dla diod germanowych podobne wartości wynoszą 0,2 ... 0,6 V (0,3 ... 0,5 V). Gdy dioda jest włączona, prąd drenu zmniejsza się z powodu polaryzacji zamykającej, dlatego aby zapewnić poprzedni tryb DC, konieczne jest zwiększenie rezystancji rezystora R2. To z kolei prowadzi do wzrostu Kn, ponieważ nachylenie nieznacznie się zmniejsza. Ponieważ dynamiczna rezystancja diody jest niewielka, bocznikowanie jej kondensatorem jest nieskuteczne. Wprowadzenie diody powoduje niewielki - nie większy niż 10% - spadek wzmocnienia. Tryb takiego kroku dla prądu stałego oblicza się ze wzoru (1), w którym zamiast Io zastępuje się Iod - prąd drenu z diodą podłączoną do obwodu źródłowego. W razie potrzeby Ku można zmniejszyć, podłączając szeregowo z diodą rezystor sprzężenia zwrotnego. Pomimo obecności dodatkowej diody wdrożenie takiego obwodu w niektórych przypadkach jest uzasadnione, ponieważ prowadzi do zmniejszenia poboru prądu i zwiększenia wzmocnienia. Właściwości te są szczególnie cenne w przypadku urządzeń z własnym zasilaniem. Jak widać z powyższego, działanie stopnia z diodą jest zbliżone do klasycznego z rezystorem polaryzacji. Główną zaletą jest brak kondensatora blokującego, co również prowadzi do rozszerzenia pasma częstotliwości roboczej od dołu do prądu stałego. Ponadto uproszczona jest kalkulacja i regulacja urządzeń. W przypadku współpracy tego stopnia z transformatorem, cewką sprzęgającą, głowicą magnetofonu i innymi podobnymi źródłami sygnału, rezystor upływowy R1 nie jest wymagany, a obwód przyjmuje niezwykle prostą formę pokazaną na rys. 2b.
Omówiona powyżej możliwość pracy tranzystora polowego z bramką pn z polaryzacją do przodu może być również skutecznie wykorzystana do budowy innej ważnej klasy urządzeń - zwolenników źródła. Na ryc. 3 i przedstawiono tradycyjny obwód wtórnika źródła na tranzystorze VT2. Główną wadą tego węzła są stosunkowo wąskie granice napięcia wyjściowego. Tradycyjny wtórnik emitera (VT2, rys. 3, b) jest wolny od tej wady; ponadto ma mniej szczegółów. Jednak wtórnik emitera ma stosunkowo niską rezystancję wejściową: Rin = h21eRe (h21e jest współczynnikiem przewodzenia prądu statycznego tranzystora; Re jest rezystancją rezystora w obwodzie emitera). Wszystkie zauważone sprzeczności są całkowicie eliminowane dzięki bezpośredniemu połączeniu zwolennika źródła, jak pokazano na ryc. 3,c. Tutaj z powodzeniem łączy się zalety zwolenników źródła i emitera. Schemat ten nie znalazł praktycznego zastosowania, najwyraźniej dlatego, że niemożliwe jest uniknięcie napięcia polaryzacji przewodzenia na bramce. Ale nie jest to wymagane, wystarczy wykluczyć działanie tranzystora w obszarze prądu przewodzenia bramki (w strefie 3 na ryc. 1). Ten problem został rozwiązany w dość prosty sposób, co umożliwia zastosowanie takiego schematu w praktyce. Charakterystykę przenoszenia wtórnika źródła określa wyrażenie ogólne: Uout=Uo+UinxKp, (2) gdzie Uo jest początkowym napięciem wyjściowym przy Uin=0; Kp - współczynnik transmisji wtórnika źródła. Aby popychacz działał w obszarze nastawienia zamykającego na bramie, konieczne jest, aby warunek Uz W rzeczywistości rzeczywiste wymagania są mniej rygorystyczne, ponieważ wystarczy spełnić prostszy warunek: U Upit (Ri to rezystancja rezystora w obwodzie źródłowym). Biorąc pod uwagę wstępny charakter obliczeń według tego wzoru, brak prądu bramki przy Uz = Upit należy sprawdzić podczas prototypowania węzła za pomocą mikroamperomierza o pełnym prądzie ugięcia strzałki nie większym niż 100 μA. Napięcie wyjściowe takiego wtórnika źródła mieści się w zakresie Uo ... (Upit-Usi).
Zależności Uout=f(Uin) przyjęte eksperymentalnie przy Upit=12V dla tranzystorów KPZOZA i KPZOZE przy różnych wartościach rezystancji Ri pokazano na rys. 4. Jak widać z wykresów, możliwe jest zapewnienie liniowości charakterystyki przenoszenia w zakresie od Uout (przy Uin = 0) do (Upit--1) V. Aby rozwinąć ten rozdział należy najpierw przede wszystkim zmniejsz Uo, dla którego musisz użyć tranzystorów o minimalnej wartości Uotc, a następnie wybierz optymalną rezystancję rezystora R i (R2 na schemacie na ryc. 3, c). Gwiazdka na wykresach oznacza punkty, w których prąd Iz osiąga wartość 1 μA. Jako przykład praktycznego zastosowania opisanego liniowego trybu wzmocnienia na ryc. 5 przedstawia schemat dwukanałowego miksera sygnałów 3H; ogólnie liczba kanałów nie jest niczym ograniczona i może być dowolna. Rezystancję rezystora R3 określa wzór (1), w którym Iod n jest podstawione zamiast Io, gdzie n jest liczbą kanałów.
W urządzeniu pożądane jest stosowanie tranzystorów o zbliżonych wartościach Uots i Io (lub Iod), jednak rozpiętość tych parametrów do 50 ... 100% jest całkiem akceptowalna, ponieważ różnica wzmocnienia między kanałami może być łatwo skompensowany przez regulatory wejściowe R1, R5 Upewnij się, że żaden z kanałów nie wszedł w tryb ograniczania amplitudy w zakresie roboczym napięcia wejściowego. Przy zastosowaniu diody krzemowej dopuszczalna amplituda dodatniej półfali na bramce każdego tranzystora polowego wynosi co najmniej 1 V. Gdy jeden kanał pracuje przy napięciu zasilania Upit=9 V, napięciu wyjściowym Uout=0,1 V (wartość skuteczna), częstotliwości sygnału fc=0,1 kHz, wzmocnienie miksera jest w przybliżeniu równe 3, a w przeliczeniu na poziom nieliniowości zniekształcenia nie są gorsze od tych zbudowanych według klasycznych obwodów. Autor: A. Mezhlumyan, Moskwa; Publikacja: N. Bolszakow, rf.atnn.ru
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Stonoga mechaniczna do diagnostyki jelit ▪ Moduł radiowy BLE 5.0 RN4870
▪ sekcja serwisu Ograniczniki sygnału, kompresory. Wybór artykułu ▪ artykuł Płaska ostrość. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Instalator urządzeń dźwigowych i transportowych o działaniu nieciągłym. Opis pracy ▪ artykuł Urządzenie zabezpieczające do samochodu. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony