В этих транзисторах металлический затвор изолирован от токопроводящего канала, образованного при поверхностном слое полупроводника, слоем диэлектрика. Принцип действия МДП-транзистора основан на управлении пространственным зарядом канала (то есть проводимостью канала ρ) через слой диэлектрика. В зависимости от способа создания канала, МДП-транзисторы бывают двух видов:

МДП-транзисторы с встроенным каналом. В них канал создаётся при изготовлении транзистора (рис. 24).

Рисунок 24 - МДП-транзисторы с встроенным каналом

Рисунок 25 - Выходная ВАХ МДП-транзисторы с встроенным каналом

На рисунке 26 показана передаточная ВАХ

Рисунок 26 - Передаточная ВАХ МДП-транзистора

МДП-транзистор с индуцированным каналом. На рисунке 27 представлены ВАХ и передаточная характеристика МДП-транзистор с индуцированным каналом.

Рисунок 27 - Передаточная ВАХ МДП-транзистора с индуцированным каналом.

В подобном транзисторе:

1)U_зи=0 области стока и истока отделены друг от друга двумя p-n-переходами, смещенными в обратном направлении.

2)При U_зи>0 в объеме подложки создается электрическое поле, которое втягивает электроны в приповерхностный слой под затвором, изменяя ток проводимости этого слоя на противоположный, что создает канал.

При изготовлении такого транзистора канал не создаётся, то есть области стока и истока отдельны друг от друга. Однако при подаче на затвор положительного напряжения под действием поля, в приповерхностной области затвора, появляется канал за счёт электронов втягиваемых в эту область из объёма подложки и областей стока и истока, то есть канал индуцируется электрическим полем.

Усилительные свойства полевого транзистора характеризуются источником тока, который создает выходной ток, пропорциональный управляющему напряжению.

I=SUзи, S₀=I_с/U_зи – крутизна полевого транзистора.

С ростом частоты переменного гармонического сигнала крутизна становится частотно зависимой:

ЛЕКЦИЯ 7

Расчет низкочастотных усилителей малой мощности

На биполярных транзисторах

Общие сведения и определения. Во многих областях науки и техники, и в частности, в системах управления возникает необходимость усиления некоторых электрических сигналов, которые могут быть как переменными во времени, так и относительно постоянными. Устройства, предназначенные для этих целей, называются усилителями.

Источники первичных (входных для усилителя) электрических сигналов называются датчиками, функция которых состоит в преобразовании измеряемых параметров различной физической природы в электрический сигнал. Физические принципы и конструкции датчиков довольно разнообразны, например, индукционные, индуктивные, резистивные, емкостные, пьезоэлектрические, магнитострикционные, фотоэлектрические и др. [1] 

В основу классификации усилителей положены различные признаки. По характеру усиливаемых сигналов они могут быть усилителями переменных (гармонических, импульсных, сложной формы) сигналов и постоянного тока. По мощности усилителя делятся на маломощные, усилители средней мощности и мощные усилители. По диапазону усиливаемых частот бывают усилители низкой частоты – усилители звуковых частот, усилители промежуточной частоты, усилители высокой частоты. Усилители бывают узкополосные и широкополосные. Очень часто есть необходимость усиливать сигналы очень узкой полосы и тогда подобные усилители называются селективными [9] . Усилители выполняются на электронных лампах, биполярных и полевых транзисторах, туннельных диодах, магнитных элементах и т.д.

Технические характеристики усилителя определяются выходной мощностью сигнала, выходным напряжением или током, коэффициентом усиления и коэффициентом полезного действия, полосой пропускания, температурной стабильностью, коэффициентом нелинейных искажений и показателями шума, чувствительностью, входным сопротивлением и т.д.

Выходные параметры усилителя, такие как, выходной напряжение, ток, мощность зависят от назначения усилителя и типа нагрузки. Если считать нагрузку активной, то указанные параметры находятся из следующих выражений:

Uн = IнRн; Pн = IнUн = I²н Rн = U²н /Rн.                             

Входные параметры рассчитываются по формулам

Uвх = IвхRвх; Pвх = IвхUвх ; Rвх = Uвх/Iвх                             

Коэффициент усиления усилителя вычисляется, как отношение напряжения на выходе усилителя к напряжению на входе

К = Uн /Uвх

Для многокаскадного усителя общий коэффициент усиления вычисляется произведением коэффициентов усиления отдельных каскадов

К = К₁ К₂ К₃ ………………..Кn

Коэффициент полезного действия выходной цепи усилителя определяется отношением мощности сигнала отдаваемой выходной цепью к потребляемой ею от источника питания выходной цепи

η = Р~ /Р₀

Существует еще оценка КПД усилителя мощности, равная отношению мощности в нагрузке к суммарной мощности, потребляемой им от всех источников

η _ус = Р~ /Р₀

Наличие в схеме усилителя реактивных элементов (емкостей, индуктивностей) приводит к неодинаковому усилению составляющих частотного спектра сигнала, т.е. появляются частотные и фазовые искажения. Степень искажений определяется частотной характеристикой усилителя определяется коэффициентом усиления на данной частоте. На рисунке 28 приведена условная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) усилителя.

Рисунок 28- Амплитудно - частотная и фазовая характеристики транзистора.

Частотные искажения усилителя, на какой либо частоте определяются относительным усилением Y = K /Kср или коэффициентом частотных искажений М = Кср /К = 1/Y . В средней части частотной характеристики эти отношения будут равны единице М = Y = 1 и, чем больше они отличаются от единицы, тем больше искажения.

Кроме частотных искажений, существуют еще нелинейные, которые обусловлены нелинейностью характеристик отдельных элементов схемы, например нелинейность входной характеристики транзистора. Нелинейность характеристики приводит к тому, что при подаче на вход транзистора идеальной синусоиды, на выходе появится спектр, состоящий их множества высших гармоник. Уровень нелинейных искажений (коэффициент гармоник) усилителя определяется отношением U1m – первой гармоники к корню квадратному из суммы  квадратов U2m, …………….Ukm – амплитудные значения первой, второй, третьей………..к-й гармоники.

Очень важную роль в усилителях играет отрицательная обратная связь (ОС). В зависимости от способа снятия сигнала обратной связи с выхода и подачи его на вход усилителя различают четыре типа обратной связи              [ 6.9]. Название типа ОС состоит из двух слов. Первое слово определяет, как сигнал подается на вход, второе – как снимается с выхода. Внизу рассматриваются следующие четыре типа обратной связи:.

Рисунок 29 -Последовательно – параллельная обратная связь

Рисунок 30 - Параллельно – параллельная обратная связь:

При параллельной обратной связи по входу происходит суммирование токов.

Рисунок 31- Параллельно-последовательная обратная связь.

Рисунок 32 - Последовательно – последовательная обратная связь.

Отрицательная обратная связь существенно изменяет некоторые характеристики усилителя, например, повышает стабильность параметров усилителя, но при этом уменьшается коэффициент усиления согласно выражению К_ос =К/(1+ bK) (b-коэффициент усиления ОС, а K- коэффициент усиления без обратной связи).

Всякая последовательная обратная связь (по входу или по выходу) увеличивает соответствующее сопротивление в (1+bK) раз. Всякая параллельная обратная связь уменьшает соответствующее сопротивление в (1+bK) раз. Произведение bK называется петлевым усилением.

ЛЕКЦИЯ 8