Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

План лекции

1. Смещение полевых транзисторов

2. Малосигнальные параметры полевых транзисторов

3. Полевой транзистор как источник стабильного тока

4. МОП-транзистор в качестве резистора

1. Смещение полевых транзисторов

Самой распространенной схемой смещения полевого транзистора является схема автоматического смещения, показанная на рис. 11.1. Рассмотрим ее для усилительной схемы с общим истоком.

Ток стока I_D протекает через резисторы R_D и R_S, вызывая падение напряжения сток-исток V_DS. Применив 2-й закон Кирхгофа, получим:

 

 

Рис. 11.1 Схема автоматического смещения

 

или

Для цепи затвор-исток получим:

Учтем, что ток затвора пренебрежимо мал вследствие большого входного сопротивления полевого транзистора. Тогда последнее уравнение примет вид:

Таким образом, падение напряжения на резисторе R_S обеспечивает напряжение смещения затвор-исток. Данная схема называется автоматическим смещением, поскольку она не требует дополнительного источника питания.

Автоматическое смещение также стабилизирует положение рабочей точки при изменении параметров полевого транзистора. Пусть ток стока увеличился, тогда падение напряжения на резисторе R_S также увеличится. Но более отрицательное напряжение затвор-исток ограничит рост тока стока и вернет его к первоначальному значению. В практических схемах значения резистора R_S выбирается высоким, порядка десятков килоом.

Ток стока и напряжение затвор-исток покоя можно оценить следующим образом:

Это уравнение прямой линии, называемой линией смещения с углом наклона равным 1/R_S. Ее можно наложить на график зависимости тока стока от напряжения затвор-исток, как это показано на рис. 11.2. Пересечение линии смещения с кривой I_D(V_GS) определяет рабочую точку и значения тока и напряжения покоя I_DQ и V_GSQ. Напряжение сток-исток на рабочей точке можно найти из приведенной выше формулы, подставив в нее значения I_DQ и V_GSQ:

Для упрощения проектирования схем смещения рекомендуются следующие практические правила выбора значений тока и напряжения покоя I_DQ и V_GSQ:

Где I_DSS – ток насыщения стока.

 

Рис. 11.2 Графическое представление выбора рабочей точки при автоматическом смещении и схема автоматического смещения полевого транзистора с делителем напряжений

 

Более применимой является схема автоматического смещения с делителем напряжений (см. рис. 11.2). Эту схему можно применить для любого типа полевых транзисторов как с p-n переходом, так и МОП-структуры.

Применив 2-й закон Кирхгофа, получим:

Здесь учтено, что ток на входе транзистора практически равен нулю.

Напряжение на резисторе R₂

Уравнение

есть уравнение линии нагрузки. При ее наложении с передаточной характеристикой она дает рабочую точку (см. рис. 11.3).

 

 

Рис. 11.3 Эквивалентная схема входной части схемы смещения с делителем напряжений и графическое нахождения рабочей точки

 

Полученное уравнение утверждает, что напряжение затвор-исток V_GS можно устанавливать положительным или отрицательным, в зависимости от типа полевого транзистора, подбирая соответствующие величины напряжения V_G и падения напряжения на истоковом резисторе, то есть, I_DR_S.

Для n-МОП-транзистора ток стока и напряжение затвор-исток положительны. Чтобы получить положительное значение напряжения затвор-исток, нужно удовлетворить условию: V_G > I_DR_S, значит,

Это неравенство удовлетворяется, если выбрать сопротивление R₂ очень большим, или заменить его обрывом. В этом случае получается схема, изображенная на рис. 11.4.

У n- канального транзистора с p-n переходом ток стока положительный, а напряжение затвор-исток отрицательное. Для получения отрицательного напряжения V_GS получим следующее

 

Это неравенство выполняется при большом сопротивлении R₁, которое в предельном случае может быть заменено обрывом. В этом случае получается, уже рассмотренная ранее схема автоматического смещения.

 

Рис. 11.3 Схема смещения n-МОП-транзистора

 

В таблице 11.1 приведены справочные данные знаков напряжений для различных типов полевых транзисторов

	n- канал			p- канал
Напряжение	С p-n переходом	Обедненный МОП-транзистор	Обогащенный МОП-транзистор	С p-n переходом	Обедненный МОП-транзистор	Обогащенный МОП-транзистор
Пороговое напряжение VT или напряжение отсечки Vp	–	–	+	+	+	–
Напряжение затвор-исток VGS	> Vp	> Vp	> VT	< Vp	< Vp	> VT
Напряжение сток-исток VDS	+	+	+	+	+	+
Напряжение источника питания VDD	+	+	+	–	–	–

 

 

2. Малосигнальные параметры полевых транзисторов

Данные параметры применимы в случае небольшой амплитуды входного сигнала, когда статические характеристики полевых транзисторов можно считать линейными. Такой подход является оправданным в случае проектирования предварительных усилителей, работающих в линейном режиме.

Крутизна характеристики S определяется как отношение приращения (или амплитуды) малосигнального выходного тока к приращению (или амплитуде) малосигнального входного напряжения при постоянном напряжении сток-исток:

Из выражения для крутизны видно, что ее экспериментальное определение возможно по углу наклона касательной к передаточной характеристике полевого транзистора I_D(V_GS) (см. рис. 11.4).

 

Рис. 11.4 Получение значения крутизны в окрестности рабочей точки для обогащенного МОП-транзистора

 

Выходное сопротивление для малого сигнала определяется как отношение приращения (или амплитуды) выходного напряжения к приращению (или амплитуде) выходного тока при постоянном значении входного напряжения затвор-исток:

Его значение можно получить из стоковых характеристик, измерив угол наклона в области насыщения. Значение R_d для полевых транзисторов лежит в пределах десятков килоом, однако влияние его на характеристики схем мало, поскольку параллельно к нему подключаются внешние резисторы с меньшим сопротивлением.

 

3. Полевой транзистор как источник стабильного тока

Полевой транзистор с p-n переходом или МОП-транзистор можно использовать в качестве источника тока для питания стабильным током меняющуюся нагрузку.

На рис. 11.5 изображена схема источника тока на транзисторе с p-n переходом. Здесь затвор непосредственно соединен с истоком. Он будет работать в режиме источника тока, если будет находится в режиме насыщения (отсечки). Для n- канального полевого транзистора с p-n переходом условием отсечки является

Поскольку напряжение затвор-исток равно нулю, то

Из стоковых характеристик полевого транзистора с p-n переходом известно, что ток стока при V_GS = 0 равен величине максимального тока полевого транзистора I_DSS. Поэтому статическая характеристика представляет собой прямую, параллельную оси напряжений, что означает постоянную величину тока стока во всей области насыщения. Величину постоянного тока можно выбрать меньшей, если соответствующим образом выбрать смещение полевого транзистора.

 

 

Рис. 11.5 а) Источник тока на полевом транзисторе; б) Эквивалентная его схема замещения.

 

4. МОП-транзистор в качестве резистора

МОП-транзисторы можно применять в качестве резисторов. Это упрощает конструирование резисторов в интегральном исполнении, кроме того, это дает дополнительные схемные решения для проектирования электронных схем.

На рис. 11.6 показана схема использования МОП-транзистора в качестве резистора. Так как затвор в нем соединен со стоком, то он работает в области насыщения и условия V_DS > V_GS – V_T будет выполнено.

 

Рис. 11.6 Обогащенный n-МОП-транзистор, работающий в режиме резистора

 

На семействе стоковых характеристик отмечены точки, для которых напряжение затвор исток равно напряжению сток-исток, то есть V_DS = V_DS. Изменение наклона этой зависимости означает, что сопротивление МОП-транзистора в этом режиме работы есть функция от напряжения сток-исток V_DS.

Пусть V_DS = V_DS = V. Можно показать, что для такого нелинейного резистора ток стока можно описать по формуле:

для V > V_T.

 

Определим зависимость сопротивления

Для дифференциального сопротивления получим

Наиболее широко в качестве резисторов применяются обогащенные МОП-транзисторы. Обедненные МОП-транзисторы также можно использовать для работы в этом режиме, если соединить выводы затвора и истока, как показано на рис. 11.7.

 

 

Рис. 11.7 Обедненный n-МОП-транзистор, работающий в режиме резистора