Полевые транзисторы

1.

Полевые транзисторы
Полевой транзистор – полупроводниковый прибор,
в котором регулирование тока осуществляется
изменением проводимости проводящего канала с
помощью поперечного электрического поля
Электроды полевого транзистора – исток (И), сток (С) и
затвор (З).
Управляющее напряжение прикладывается
между затвором и истоком
1
Электротехника и электроника

2.

Полевые транзисторы
Классификация полевых транзисторов
1. С управляющим p–n-переходом;
2. С металлическим затвором, изолированным от
канала диэлектриком.
Приборы второго типа называют МОП-транзисторами.
2
Электротехника и электроника

3.

Полевой транзистор с управляющим p–nпереходом
Р
Р+
3
Электротехника и электроника

4.

Полевой транзистор с управляющим p–nпереходом
Выходные характеристики
Uзи = –1 В
Uзи = –2 В
Uзи = –3 В
4
Электротехника и электроника

5.

Полевой транзистор с управляющим p–nпереходом
Передаточная характеристика
При напряжении затвор-исток, равном напряжению
отсечки U отс ток стока близок к нулю.
У n-канального ПТ напряжение затвор-исток
отрицательно.
5
Электротехника и электроника

6.

МОП-транзистор с индуцированным каналом
6
Электротехника и электроника

7.

МОП-транзистор с индуцированным каналом
Выходные характеристики
Режимы полевого транзистора:
- линейный;
- насыщения;
- отсечки.
Электротехника и электроника
7

8.

МОП-транзистор с индуцированным каналом
Линейный (триодный) режим работы МОПтранзистора
U зи U 0
Eб E0
Iк Iб
Rб Rэ 1
Ток стока
I с b U зи U0 Uси 0.5U
2
си
8
Электротехника и электроника

9.

МОП-транзистор с индуцированным каналом
b – удельная крутизна МОП-транзистора:
W
b C.0
L
– приповерхностная подвижность носителей,
C 0 – удельная емкость затвор-канал,
L – длина, W – ширина канала.
9
Электротехника и электроника

10.

МОП-транзистор с индуцированным каналом
При малых значениях напряжения сток-исток
I с b U зи U 0 U си
При малых значениях U си канал МОП-транзистора
эквивалентен линейному резистору.
Величина
b U зи U 0
– проводимость канала
Сопротивление канала:
1
Rси
b U зи U 0
10
Электротехника и электроника

11.

МОП-транзистор с индуцированным каналом
Режим насыщения МОП-транзистора
U зи U 0
U си U нас U зи U 0
Ток стока
1
2
I с b U зи U 0
2
11
Электротехника и электроника

12.

МОП-транзистор с индуцированным каналом
Передаточная характеристика МОП-транзистора
U 0 – напряжение отсечки
12
Электротехника и электроника

13.

МОП-транзистор с встроенным каналом
13
Электротехника и электроника

14.

МОП-транзистор с встроенным каналом
Выходные характеристики
Ic, мА
Uзи = 1 В
Uзи = 0 В
Uзи = –0.5 В
Uзи = –1 В
Uзи = –2 В
Ucи, В
14
Электротехника и электроника

15.

МОП-транзистор с встроенным каналом
Передаточная характеристика
Iс
Iс нач
Uотс
Uзи
15
Электротехника и электроника

16.

Модели МОП-транзисторов
Квадратиная модель МОП-транзистора
Uзи
Ic = f(Uзи)
Ucи
1
2
I с b U зи U 0
2
16
Электротехника и электроника

17.

Модели МОП-транзисторов
Квадратичная модель МОП-транзистора
Q
gm 2bIс
или
2Iс
gm
U зи U 0
17
Электротехника и электроника

18.

Усилитель на полевом транзисторе
с управляющим p–n-переходом
18
Электротехника и электроника

19.

Усилитель на МОП-транзисторе
с индуцированным каналом
19
Электротехника и электроника

20.

Усилитель на МОП-транзисторе
с индуцированным каналом
Схема замещения для режима малого сигнала
Rг
uвх
R12
Выходное напряжение
uзи
gmuзи
Rc||Rн
uвых
uвых g m Rс Rн uвх
Коэффициент усиления переменной составляющей
напряжения
KU g m Rс Rн
20
Электротехника и электроника

21.

Усилители
Классификация усилителей
1.По диапазону усиливаемых частот – усилители
низких частот (УНЧ), усилители постоянного тока (УПТ),
усилители высоких частот (УВЧ), избирательные
усилители.
2.По функциональному назначению – усилители
напряжения, тока, мощности.
3.По характеру усиливаемого сигнала – усилители
непрерывных и импульсных сигналов.
21
Электротехника и электроника

22.

Усилители
Структура усилительного устройства
22
Электротехника и электроника

23.

Усилители
Параметры усилителей
Основной количественный параметр – коэффициент
усиления
(коэффициент передачи).
U
• Коэффициент усиления напряжения K
U
вых
U
• Коэффициент усиления тока
вх
I
K
I
вых
I
вх
• Коэффициент усиления мощности
P
K
K K
P
вых
P
U
I
вх
23
Электротехника и электроника

24.

Усилители
Коэффициент передачи усилителя – комплексная
функция частоты:
K K e
j
Зависимость модуля коэффициента усиления от
частоты называют амплитудно-частотной
характеристикой (АЧХ).
зависимость аргумента коэффициента усиления от
частоты – фазочастотная характеристика (ФЧХ).
24
Электротехника и электроника

25.

Усилители
Примерный вид амплитудно-частотной
характеристики усилителя
K(f)
K0
0,7K0
f01
f02
f
Полоса пропускания ограничена частотами среза
01 и 02
На частотах среза коэффициент усиления напряжения
составляет K0 2 0,707 K0 , а коэффициент усиления
мощности равен 0.5K 0 .
25
Электротехника и электроника

26.

Усилители
Логарифмические частотные характеристики
Коэффициент усиления удобно измерять в
логарифмических единицах – децибелах:
KU дБ 20 lg KU
K I дБ 20 lg K I
K P дБ 10 lg K P
Если АЧХ усилителя построена в логарифмическом
масштабе, ее называют логарифмической
амплитудно-частотной характеристикой (ЛАЧХ или
ЛАХ).
26
Электротехника и электроника

27.

Обратные связи в усилителях
Обратной связью называют процесс передачи сигнала
из выходной цепи во входную.
Цепь, обеспечивающую эту передачу, называют цепью
обратной связи.
Петля, или контур обратной связи, состоит из прямого
пути, образуемого активным элементом, и обратного
пути, образуемого цепью обратной связи.
27
Электротехника и электроника

28.

Обратные связи в усилителях
Пример: усилитель, охваченный цепью обратной связи
U
U
U
R
U
R
Цепь обратной связи – делитель напряжения,
образованный резисторами R1 , R 2 .
28
Электротехника и электроника

29.

Обратные связи в усилителях
Выходное напряжение усилителя:
U
вых
KU .
d
Напряжение обратной связи
R
U
U
R R
1
ос
1
вых
U
вых
2
R1
– коэффициент передачи цепи обратной
R1 R2
связи.
Напряжение на входе усилителя
1
U U U
U
1 K
d
Электротехника и электроника
вх
ос
вх
29

30.

Обратные связи в усилителях
Выходное напряжение
U
вых
K
1 K
U
вх
Коэффициент передачи усилителя, охваченного
обратной связью,
U
K
K
U
1 K
вых
ос
вх
Произведение K – коэффициент петлевого усиления,
Величина 1 K – глубина обратной связи
30
Электротехника и электроника

31.

Дифференциальные усилители
Дифференциальный усилитель (ДУ) – симметричная
схема с двумя входами и двумя выходами
U
U
U
U
U
31
Электротехника и электроника

32.

Дифференциальные усилители
Сигналы на входе дифференциального усилителя
представляют в виде суммы дифференциальной и
синфазной составляющих:
U U U 2
U вх 2 U сф U д 2
вх 1
сф
д
Дифференциальный сигнал равен разности входных
напряжений:
,
U U U
д
вх 1
вх 2
а синфазный – их полусумме:
U U
U
2
вх 1
вх 2
сф
Электротехника и электроника
32

33.

Дифференциальные усилители
Источник сигнала на входе дифференциального
усилителя можно представить эквивалентной схемой,
показанной на рисунке
33
Электротехника и электроника

34.

Дифференциальные усилители
Параметры дифференциального усилителя
Коэффициент усиления дифференциального сигнала
u
К
u
вых
д
д
Коэффициент усиления синфазного сигнала
u
К
u
вых
сф
сф
Коэффициент ослабления синфазного сигнала:
К
К
К
д
осс
сф
Электротехника и электроника
34

35.

Дифференциальный усилитель на биполярных
транзисторах
35
Электротехника и электроника

36.

Дифференциальный усилитель на биполярных
транзисторах
Коэффициенты усиления дифференциального сигнала
uвых 1
Rк
К д1 К д1
uд
2 R0 Rэ
Для симметричного выхода
Rк
Кд
R0 Rэ
Коэффициент усиления синфазного сигнала
К сф1 К сф 2
Rк
2R0
Коэффициент ослабления синфазного сигнала
К осс
Электротехника и электроника
Кд
RJ
К сф Rэ rэ
36