Температурная стабилизация работы усилительного каскада с общим эмиттером.
Существенным недостатком биполярных транзисторов является зависимость их параметров от температуры. При повышении температуры транзистора увеличивается коллекторный ток за счет возрастания числа неосновных носителей заряда в полупроводнике. Это приводит к изменению коллекторных характеристик транзисторов и смещению рабочей точки на коллекторной и переходной характеристиках. В результате может нарушиться нормальная работа усилителя. Для уменьшения влияния температуры в цепь эмиттера включают резистор RЭ, шунтируемый конденсатором СЭ.
Если резистор R1 подключить между базой и коллектором транзистора, то возникает параллельная обратная связь по напряжению. Однако такой способ стабилизации рабочей точки применяется редко, т.к. из-за этого уменьшаются коэффициенты усиления и входное сопротивление.
При отсутствии входного сигнала, напряжение между базой и эмиттером определяется по II закону Кирхгофа:
UБЭ0 = U20 −UЭ0
где U20 = I20R2, UЭ0 = IЭ0RЭ падение напряжения на резисторах R2 и RЭ соответственно. При повышении температуры, возрастает концентрация основных носителей заряда и увеличиваются токи базы и коллектора, что приводит к увеличению UБЭ и, как следствие, смещению 22рабочей точки. В результате увеличения IЭ возрастает величина падения напряжения UЭ0 =
= IЭ0RЭ, а разность UБЭ0 = U20 − UЭ0 уменьшается (рис. 1.21), в результате чего рабочая точка смещается в исходное положение.
|
|
|
При снижении температуры происходит обратный процесс – концентрация носителей заряда (в результате рекомбинации), токи базы и коллектора уменьшаются, что приводит к уменьшению UБЭ. В результате уменьшения IЭ уменьшается и UЭ0 = IЭ0RЭ, а разность UБЭ0 = U20 − UЭ0 увеличивается, в результате чего рабочая точка смещается в исходное положение. Помимо стабилизации рабочей точки, RЭ оказывают серьёзное воздействие на работу усилительного каскада.
Униполярный транзистор с управляющим p-n переходом, его построение, свойства и характеристики. Схема усилительного каскада с общим истоком.
Он же полевой транзистор. Полевой транзистор – полупроводниковый прибор, работа которого основана на модуляции сопротивления полупроводникового материала поперечным электрическим полем. У него в создании электрического тока участвуют носители заряда только одного типа (электроны или дырки).
Полевые транзисторы бывают двух типов: с управляющим p-n-переходом и со структурой металл-диэлектрик-полупроводник.
Электроды полевого транзистора называют истоком (И), стоком (С) и затвором (З). Управляющее напряжение прикладывается между затвором и истоком. От напряжения между затвором и истоком зависит проводимость канала, следовательно, и величина тока. Таким образом, полевой транзистор можно рассматривать как источник тока, управляемый напряжением затвор-исток.
|
|
|
Графической изображение:
Структура полевого транзистора с каналом n-типа:
На подложке из p-кремния создается тонкий слой полупроводника n-типа, выполняющий функции канала. На концах канала находятся сильно легированные n+-области, называемые истоком и стоком соответственно, с помощью которых канал включается в цепь управляемого тока. Под металлическим электродом затвора находится p+-слой, образующий с каналом p–n-переход.
Прикладывая к затвору обратное напряжение Uзи, можно изменять ширину обедненной области р –n-перехода. Чем больше обратное напряжение, тем глубже обедненный слой и тем, соответственно, меньше поперечное сечение канала, где протекает ток. Таким образом, меняя обратное напряжение на затворе, можно менять поперечное сечение, а значит и сопротивление канала. В результате будет меняться величина тока стока Ic, протекающего по каналу и выходной цепи транзистора под воздействием приложенного напряжения сток-исток Uси. Поскольку величина выходного тока (тока стока) может быть достаточно большой, а входной ток затвора
|
|
|
(ток обратно смещенного р –n-перехода) мал, то обеспечивается усиление по току и по мощности.
Рассмотрим вольт-амперные характеристики ПТ. Входные характеристики у полевых транзисторов отсутствуют, так как входной ток равен нулю. Выходные характеристики полевого транзистора с управляющим p–n-переходом и каналом n-типа:
На выходной характеристике можно выделить три области – отсечки, линейную (триодную) и насыщения. В линейной области ВАХ представляют прямые, наклон которых зависит от напряжения затвор-исток Uзи . Минимальное сопротивление канала достигается, когда напряжение 0 Uзи = , так как проводящая часть канала в этом случае имеет наибольшее сечение. Таким образом, в линейной области полевой транзистор можно использовать как резистор, сопротивление которого регулируется напряжением затвора.
В области насыщения ветви выходной характеристики расположены почти горизонтально. Это объясняется тем, что при увеличении напряжения сток-исток Uси область перекрытия канала вблизи стока расширяется и сопротивление канала увеличивается.
Основной параметр ПТ – крутизна – определяется частной производной передаточной характеристики при заданном (постоянном) напряжении сток-исток:
|
|
|
S = (д Ic /д Uзи)|Uси = const.
Крутизна характеризует усилительные свойства полевого транзистора в области насыщения и измеряется в сименсах (См) или как чаще принято называть – в миллиамперах на вольт.
Второй параметр – выходное (внутреннее) сопротивление Ri, называемый также дифференциальным сопротивлением – представляет сопротивление канала ПТ переменному току: Ri = (д Ucи /д Ic)|Uзи = const.
Оно характеризует слабо выраженную зависимость тока стока от напряжения сток-исток. На участке насыщения Ri может достигать сотен килоом.
схема усилительного каскада на полевом транзисторе с общим истоком:
Схема с ОИ (общим истоком). Принцип построения схемы аналогичен схеме усилителя на биполярном транзисторе включенном с общим эмиттером. Резистор Rc аналогичен Rк, цепочка автоматического смещения выполняет функцию резистора RБ или делителя.
В данной схеме Rи, Rз и Си образуют цепочку автоматического смещения. На R и происходит падение напряжения обусловленное током стока, которое передается на затвор через резистор Rз, и определяет положение рабочей точки, т.е. режим работы транзистора по постоянному току. Си шунтирует Rи в режиме переменного тока, не нарушая тем самым положение точки покоя определенное в режиме по постоянному току.
Преимущества: от биполярного транзистора полевой транзистор отличается, во-первых, принципом действия: в биполярном транзисторе управление выходным сигналом производится входным током, а в полевом транзисторе — входным напряжением или электрическим полем. Во-вторых, полевые транзисторы имеют значительно большие входные сопротивления, тогда как на биполярных оно меньше.
Недостатки: большая нелинейность схемы( высокая крутизна)
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 799; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!