Общие сведения об электронных приборах

ЭЛЕКТРОНИКА

Методические указания и контрольные задания

          для студентов заочной формы обучения

(специальность ФТОС)

 

 

УФА 2009

 

Печатается по решению кафедры Статической радиофизики и связи. Протокол №36 от 2 июля 2009 года.

 

Составитель: проф., к.ф.-м.н. Гарифуллин Н.М.

 

 

ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Дисциплина "Электроника" должна обеспечить базовую подготовку студентов, необходимую для успешного изучения специальных дисциплин и последующего решения производственных, проектных и исследовательских задач. Изучение дисциплины должно подготовить студента к самостоятельным решениям при рациональном выборе приборов (с учетом тенденции их развития), режимов их работы в устройствах и системах связи и опирается на содержание курсов "Высшая математика", "Физика", "Теория электрических цепей» и «Физические основы электроники».

В результате изучения дисциплины студент должен:

-приобрести знания принципов действия и устройства электронных приборов, их характеристик, моделей, эквивалентных схем, используемых при анализе и синтезе электронных устройств;

-уметь использовать полученные знания для правильного выбора прибора, определения его параметров по характеристикам и выяснения влияния режимов и температуры на эти параметры;

-приобрести навыки работы с электронными приборами и аппаратурой, используемой для исследования характеристик и измерения параметров приборов;

-знать задачи и основные направления микроминиатюризации аппаратуры связи; характеристики дискретных пассивных компонентов схем и элементов интегральных микросхем; влияние конструкции элементов ИМС на их характеристики.

По данному курсу предусмотрены обзорные лекции, лабораторный практикум, контрольная работа и экзамен.

Дальнейший материал призван облегчить студенту подготовку к экзамену и выполнение им контрольной работы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная:

           1.Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Учебное пособие для вузов. Под ред. Н.Д.Федорова.-М.:Радио и связь,1998.-560с.

           2. К.С.Петров. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника: Учебное пособие – Спб.: Питер, 2006. – 522с.

           3.Полупроводниковые приборы. Учебник для вузов/Н.М.Тугов, Б.А.Глебов, Н.А.Чарыков; под общей редакцией В.А.Лабунцова. –М.: Энергоатомиздат,1990.-576 с.

           4. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. Учебное пособие для вузов. –М.: Лаборатория базовых знаний, 2003. -488с.

 

Дополнительная:

           1. Аваев Н.А., Наумов Ю.Э., Фролкин В.Т. Основы микроэлектроники. – М.: Радио и связь, 1991.

           2. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника. –М.: Радио и связь, 1989.

           3. В.Г.Гусев, Ю.М.Гусев. Электроника. –М.: Высшая школа, 1991г.

           4.В.В.Пасынков, Л.К.Чиркин. Полупроводниковые приборы. –Спб.: Лань, 2002г.

           5. Электронные приборы. Учебник для вузов. Под ред. Г.Г.Шишкина. –М.: Энергоатомиздат, 1990.-576с.

           6. В.С.Валенко. Полупроводниковые приборы и основы схемотехники электронных устройств. –М.: Издательский дом»ДОДЭКА ХХI», 2001. – 368с.

           7. Росадо Л. Физическая электроника и микроэлектроника. –М.: Высшая школа, 1991.

           8. Н.М.Гарифуллин. Физические основы электроники. – Уфа: РИО БашГУ, 2005. -163с.

Бюджет времени (в часах)

 

Очная форма	Заочная форма
	Аудиторная работа			Самостоятельная работа
	Лекции	Лабора-торная работа	Итого:	Изучение курса	Выполнение контрольной работы	Итого:
85	12	8	20	45	20	85

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОМУ ИЗУЧЕНИЮ КУРСА

 

Несмотря на то, что кафедра организует для студентов очные виды занятий (лекции, лабораторные занятия и групповые консультации) основной формой изучения курса является самостоятельная работа с книгой.

           Предлагаемые методические указания должны помогать именно этой работе. Обращаясь к методическим указаниям, можно выяснить, какую роль играет данный раздел в общем курсе, на что следует особенно обратить внимание при его изучении, как в рекомендованной литературе излагается основной материал.

При самостоятельном изучении литературы следует вести краткий конспект и после каждого раздела ответить на контрольные вопросы. Последний вид работы очень важен, если учесть, что большое число контрольных вопросов входит в экзаменационные билеты.

Методические указания ориентированы, прежде всего, на основную литературу утвержденной программы. При этом вполне достаточно пользоваться только одной из рекомендованных книг. Дополнительная литература используется для более углубленного изучения некоторых пунктов программы или в случае отсутствия основной литературы. Естественно, и в этом случае также следует ответить на контрольные вопросы методических указаний.

 

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

Полупроводниковые диоды

Основные вопросы, подлежащие изучению

 

• Принцип классификации полупроводниковых приборов.

• Выпрямительные диоды, универсальные диоды. Импульсные диоды, диод со структурой p- i- n.

• Диоды СВЧ, туннельные и обращенные диоды, ЛПД-диод, диод Ганна.

• Стабилитроны и стабисторы, варикапы.

Биполярные транзисторы

Основные вопросы, подлежащие изучению

 

• Токопрохождение в транзисторе, физические процессы в базе, эмиттерном и коллекторном переходах прибора.

• Статические характеристики транзистора в схемах с общей базой и общим эмиттером, режим работы прибора, влияние температуры на статические характеристики.

• Малосигнальная эквивалентная схема биполярного транзистора на низкой и высокой частотах.

• Ключевой режим работы биполярного транзистора.

 

Тиристоры

 

Основные вопросы, подлежащие изучению

 

• Принцип работы управляемого и неуправляемого тиристоров.

• Вольт-амперная характеристика тиристора.

• Параметры прибора, особенности применения.

Полевые транзисторы

 

Основные вопросы, подлежащие изучению

 

• Полевой транзистор с управляющим электронно-дырочным переходом.

• Полевой транзистор с затвором Шоттки.

• МДП-полевые транзисторы с индуцированным и встроенным каналами.

• Применение полевых транзисторов и сравнение их с биполярными приборами.

 

Вопросы, подлежащие изучению

 

• Пассивные компоненты, их параметры и характеристики.

• Комплексная миниатюризация РЭА, классификация изделий микроэлектроники.

• Гибридные интегральные микросхемы (ИМС), пассивные элементы, методы их получения.

 

Вопросы, подлежащие изучению

 

• Способы изоляции элементов в полупроводниковых ИМС.

• Активные элементы полупроводниковых ИМС.

• Пассивные элементы полупроводниковых ИМС.

 

На полевых транзисторах

Вопросы, подлежащие изучению

 

• Свойства интегральных полевых транзисторов МДП.

• Свойства пассивных элементов на базе МДП-транзисторов.

• Свойства электронных ключей на МДП-транзисторах с одним типом канала и с разными типами канала-(КМДП).

 

Содержание лекций

 

Лекция 1. Электрические свойства полупроводников. Зонная диаграмма полупроводников. Электропроводимость собственных и примесных полупроводников. Диффузионное и дрейфовое движения свободных носителей заряда. Неравновесные носители тока. Уравнение непрерывности.

Лекция 2. Свойства электронно-дырочного перехода. Состояние перехода в условиях равновесия и при прямом и обратном смещениях. Вольт-амперная характеристика   перехода. Особенности ВАХ-к реальных полупроводниковых диодов.

Лекция 3. Электрический и тепловой пробой p - n перехода. Зависимость напряжения пробоя от температуры и концентрации примесей в полупроводнике. Емкости  перехода. Эквивалентная схема

 перехода. Импульсные и частотные свойства p - n перехода. Выпрямляющий и омический контакты металл-полупроводник. Гетеропереходы.

Лекция 4. Специальные полупроводниковые диоды. Выпрямительные и ВЧ диоды, их параметры и характеристики. Импульсные и СВЧ диоды. Туннельный и обращенный диоды. Полупроводниковый стабилитрон и варикап. Принцип действия нелинейной емкости-варикапа. Вольт-фарадная характеристика прибора.

Лекция 5. Принцип работы биполярного транзистора. Явления инжекции, переноса, Экстракции носителей в биполярном транзисторе. Статические характеристики прибора в схеме включения с общей базой (ОБ). Статические характеристики биполярного транзистора при включении с общим эмиттером (ОЭ) Влияние температуры на статические характеристики.

Лекция 6. Малосигнальные Т-образные эквивалентные схемы, h -параметры транзисторов. Связь h -параметров с параметрами Т -образной эквивалентной схемы. Эквивалентные схемы в h -параметрах. Эквивалентная схема реальных транзисторов для больших сигналов. Частотные свойства транзисторов. Дрейфовые транзисторы. Импульсные свойства транзисторов. Мощные транзисторы.

Лекция 7. Принцип работы полевого транзистора. Модуляция сопротивления полупроводника с помощью  перехода. Статические характеристики полевого транзистора с управляющим  переходом.

Лекция 8. Модуляция сопротивления полупроводника с помощью поперечного электрического поля: эффект поля. Полевые транзисторы с изолированным затвором – МДП полевые транзисторы. МДП-транзисторы с встроенным и индуцированным каналами. Влияние температуры на характеристики полевых транзисторов. Работа полевых транзисторов на высокой частоте.

Лекция 9. Принцип работы тиристора. Статические характеристики диодного тиристора. Влияние управляющего тока в триодном тиристоре. Способы включения транзистора. Частотная характеристика прибора и основные его применения.

Лекция 10. Пассивные и активные компоненты интегральных схем. Свойства компонентов гибридных ИМС. Комплексная миниатюризация РЭА, классификация изделий микроэлектроники. Гибридные интегральные микросхемы, пассивные элементы, методы их получения.

Лекция 11. Свойства элементов полупроводниковых ИМС на биполярных транзисторах. Способы изоляции элементов в полупроводниковых ИМС. Активные и пассивные элементы полупроводниковых ИМС.

Лекция 12. Свойства элементов полупроводниковых ИМС на полевых транзисторах. Свойства интегральных полевых транзисторов МДП. Свойства пассивных элементов на базе МДП-транзисторов. Свойства электронных ключей на МДП-транзисторах с одним типом канала и с разными типами какала-(КМДП).

 

Работы

Учебным планом для заочного отделения предусмотрено выполнение контрольной работы по первой части курса.

Задание на работу составлено для 50 вариантов. Номер варианта определяется двумя последними цифрами номера студенческого билета.

При выполнении контрольной работы необходимо соблюдать следующие правила:

1. В контрольной работе обязательно должен быть указан год издания методического пособия, которым пользовался студент, и должны быть указаны условия задач.

2. Решение задач должно сопровождаться подробными пояснениями по каждому пункту задания.

3. Все графические построения надо выполнять карандашом, отчетливо и аккуратно.

4. Все величины, определяемые из графика, должны быть указаны на графике.

5. Если по заданию требуется построить какую-либо характеристику прибора, то данные для построения должны быть сведены в таблицу.

6. Обозначения определяемых величин должны быть одинаковыми с обозначениями, принятыми в задании.

7. Если работа не допущена к зачету, то исправление решения задач или их новое решение производятся на чистых листах незачтенной работы, или новая тетрадь подшивается к старой, и обе они посылаются на повторное рецензирование.

8. В конце работы студент должен указать литературу, которой он пользовался при выполнении контрольной работы, поставить свою подпись и число.

 

Содержание задач контрольной работы

 

3 а д а ч а 1. По заданным статическим характеристикам биполярного транзистора (рис. П.1 и П.2 приложения 3) выполнить следующие графо-аналитические расчеты для усилительного каскада:

а) построить линию нагрузки;

б) построить на характеристиках временные диаграммы токов и напряжений и выявить наличие или отсутствие искажений формы сигнала;

в) рассчитать для линейного (малоискажающего) режима входное сопротивление, а также коэффициенты усиления по току , напряжению  и мощности . Найти полезную мощность в нагрузке  и мощность , рассеиваемую в коллекторе.

3 а д а ч а 2. По заданным статическим характеристикам биполярного транзистора (рис. П.З, П.4 приложения 3) и табличным высокочастотным параметрам (табл. 1 приложения 4) выполнить следующие расчеты для усилительного режима:

а) рассчитать низкочастотные малосигнальные электрические h -параметры и построить эквивалентную схему прибора на низкой частоте (в заданном режиме);

  б) рассчитать параметры физической эквивалентной схемы прибора на высокой частоте и построить её (для этой же рабочей точки).

3 а д а ч а 3. По заданным статическим характеристикам биполярного транзистора (рис. П.5 приложения 3) определить параметры каскада в режиме переключения мощности:

а) построить линию нагрузки;

б) определить остаточное напряжение открытого ключа , сопротивление транзистора и ток базы для его надежного включения, входную и выходные мощности, необходимые для его отпирания.

3 а д а ч а 4. По заданным (рис. П.6, П.7 приложения 3) статическим характеристикам полевых транзисторов выполнить следующие графо-аналитические расчеты для усилительного каскада:

а)  построить линию нагрузки;

б)   построить временные диаграммы токов и напряжений прибора и выявить наличие или отсутствие заметных искажений формы сигнала;

  в) для линейного (малоискажающего) режима определить входное и выходное сопротивления прибора и рассчитать коэффициенты усиления по току , напряжению  и мощности .

3 а д а ч а 5. По заданным статическим характеристикам (рис. П.8, П.9 приложения 3) полевого транзистора и табличным высокочастотным параметрам (табл. 2 приложения 4) выполнить следующие расчеты для усилительного каскада:

  а) рассчитать малосигнальные электрические параметры и построить эквивалентную схему прибора на низкой частоте;

  б) рассчитать параметры физической эквивалентной схемы полевого транзистора на высокой частоте;

в)  рассчитать активную часть входной проводимости и модуль крутизны прибора на высокой частоте;

3 а д а ч а 6. По статическим характеристикам заданного полевого транзистора выполнить расчеты свойств прибора в режиме переменного сопротивления:

а) рассчитать характеристику ;

б) рассчитать коэффициент усиления по мощности электронного регулятора на полевом транзисторе.

 

 

Указания к задаче 1.

 

Перерисовав статические характеристики биполярного транзистора (рис. П.1, а, П. 1.6 или П.2, а, П.2, б приложения 3), следует обратить внимание, что входная характеристика приведена всего одна. Это является следствием малого влияния выходного напряжения на входную цепь прибора, в результате чего входные характеристики, снятые для различных значений , располагаются очень близко друг к другу. Указанное обстоятельство в большинстве случаев позволяет использовать одну кривую, как показано на рис. П.1, а и П.2 а.

Нагрузочная линия соответствует графику уравнения . На семействе выходных характеристик ордината этой прямой при  соответствует точке . Абсцисса при  соответствует точке . Соединение этих координат и является построением нагрузочной линии. Пересечение нагрузочной линии с заданным значением тока базы  определяет рабочую точку транзисторного каскада, нагруженного на резистор. Координаты рабочей точки дают значение рабочего режима выходной цепи  и , а координаты , и  на входной характеристике - режим входной цепи транзистора.

Построив затем около рабочей точки как начало отсчета заданное синусоидальное изменение тока базы с амплитудой , определяют графически временные диаграммы токов и напряжений в электродах транзистора. Временные диаграммы строятся с учетом того, что напряжения на базе и коллекторе противофазные, и с соблюдением одинакового масштаба по оси времени.

После построения временных диаграмм необходимо оценить, имеются ли заметные искажения в выходной цепи транзистора или нет.

Из временных диаграмм видно, что под действием переменного входного тока рабочая точка на выходных характеристиках двигается вдоль линии нагрузки. Если рабочая точка какую-либо часть периода входного тока попадет в область насыщения или отсечки, то всегда имеет место сильное искажение формы выходного сигнала, называемое иногда «ограничением». В этом случае необходимо уменьшить заданную величину амплитуды входного сигнала до величины, при которой рабочая точка не будет выходить за пределы активной области работы прибора.

Дальнейшие расчеты производятся только для активного режима работы прибора, называемого иногда линейным или неискажающим.

При нахождении из графиков величин , ,  следует обратить внимание, что максимальное значение положительных и отрицательных полуволн сигнала могут быть неодинаковыми, а значит, усиление большого сигнала и в активном режиме сопровождается некоторыми искажениями.

Для дальнейших расчетов значения амплитуд определяются как средние за период, т.е.

Значения соответствующих рабочих параметров каскада в рабочей точке можно найти из построенных временных диаграмм как отношение амплитуд токов и напряжений:

Пример решения задачи 1

 

Дано: транзистор ГТ322А, , , , .

Статические характеристики прибора показаны на рис.1. Координаты нагрузочной линии:  и  Соединяя эти точки, получаем линию нагрузки. Рабочий режим каскада соответствует точке O на выходных характеристиках и точке Р – на входной. Строим временные диаграммы тока коллектора, напряжения базы и коллектора для случая синусоидального входного тока с амплитудой  

Заметим, что если  (не равен шагу семейства выходных характеристик), то следует самостоятельно построить не-достающие кривые между известными значениями тока базы (как на рис. 5).

По статическим характеристикам находим амплитуды токов и напряжений:

Рис.1. Статические характеристики транзистора для примера задачи 1

 

Временные диаграммы строятся с учетом того, что напряжения на базе и коллекторе противофазные, и с соблюдением одинакового масштаба по оси времени.

Теперь находим все необходимые величины:

 

Указания к задаче 2

 

Перерисовав статические характеристики заданного биполярного транзистора, в заданном рабочем режиме определяют малосигнальные h- параметры прибора. Они находятся по наклону соответствующих характеристик (кроме h_21Э). Размеры характеристических треугольников в принципе должны быть очень малыми. Однако удовлетворительная точность получается и при выборе сторон треугольника (приращений) примерно 20% от значения заданного режима по постоянному току. Параметр h_21Э находится по выходным (коллекторным) характеристикам. В соответствии с выбранным приращением Δ I_Б проводятся дополнительные кривые семейства (пунктир на рис. 5).Из рабочей точки О проводится перпендикуляр, и координаты пересечения его с дополнительными характеристиками определяют величину приращения Δ I_К.

Найденные h-параметры; транзистора определяют его основные свойства на низкой частоте при усилении относительно малых сигналов. Наиболее наглядно это видно, если начертить эквивалентную схему в форме, показанной на рис. 2.

Очевидно, что схема описывается следующей системой уравнения:

Рис.2. Эквивалентная схема биполярного транзистора на низкой

частоте

 

Из-за малости обратной связи в транзисторе на низкой частоте полагают обычно

При работе транзистора на высокой частоте все h -параметры становятся комплексными, т.е. они могут быть представлены с помощью активных и реактивных элементов цепей.

Кроме того, оказывается, что значения активных и реактивных составляющих тоже зависят от частоты. Решением этой сложной проблемы явилась разработка так называемой физической эквивалентной схемы транзистора. Каждый элемент этой схемы (модели) не зависит от частоты и описывает определенную физическую область биполярного транзистора. Для включения транзистора с общим эмиттером наибольшую популярность получила эквивалентная схема (схема Джаколетто), изображенная на рис. 3.

Рис.3. Физическая эквивалентная схема транзистора, включённого с

общим эмиттером

Элементы  моделирует область базы транзистора и емкость коллекторного перехода. Элементы  и  моделирует входную цепь идеального транзистора (без обратной связи). Элементы  и  моделирует выходную цепь транзистора при включении с ОЭ. Следует обратить внимание на то, что эквивалентный генератор тока в выходной цепи зависит не от входного напряжения а от напряжения собственно на переходе Это обстоятельство позволяет считать крутизну , не зависящей от частоты.

С помощью физической эквивалентной схемы можно найти любые параметры транзистора для любой частоты. Например, величину  можно найти, выполнив короткое замыкание на выходе транзистора, т.е. при .

Значения параметров физической эквивалентной схемы определяют по следующим формулам (справочные данные приведены в табл. 1 прилож. 4):

где  -сопротивление базы транзистора; ;

- постоянная времени цепи обратной связи транзистора, измеренная при определенном токе ;

С_К  - полная ёмкость коллекторного перехода.

Остальные параметры для заданного режима находят следующим образом:

; ; .

Наконец, последние элементы схемы определяются следующими формулами:

; ;

 

Пример решения задачи 2

Как уже говорилось, малосигнальные параметры должны соответствовать примерно 20% приращения режима в рабочей точке. Для I_Б⁼ 150 мкА и U_КЭ⁼ 5 В (точки O и Р на рис.5) имеем: Δ I_Б = 0,2 мкА; I_Б== 30 мкА; Δ U_КЭ= 0,2 В; U_КЭ = 1 В.

Однако для малого наклона выходных характеристик транзистора в заданной рабочей точке целесообразно увеличить приращение Δ U_КЭ. Это позволит точнее определить приращение тока Δ I'_К (Δ Uкэ⁼ 6,7 В).

Рис.5. Пример расчета малосигнальных параметров по статическим характеристикам биполярного транзистора

 

Треугольники, соответствующие выбранным приращениям на рис.5, заштрихованы. Отсюда имеем:

           Соответствующая расчету НЧ эквивалентная схема показана на рис.6.

Рис.6. Низкочастотная эквивалентная схема для примера задачи 2

 

Транзистор ГТ-322 имеет следующие ВЧ параметры:

Находим значения элементов физической эквивалентной схемы прибора при включении с общим эмиттером (ОЭ):

При

Величина барьерной ёмкости  много меньше, и ею можно пренебречь. Модель транзистора в заданном режиме будет иметь вид, показанный на рис.7.

 

Рис.7. Высокочастотная эквивалентная схема для примера задачи 2

Указания к задаче 3

 

Перерисовав статические характеристики заданного биполярного транзистора, находят его основные свойства как электронного ключа.

Построение линии нагрузки выполняют также, как и в задаче 1. Однако рабочая точка на выходных характеристиках будет находиться либо в режиме отсечки (транзистор выключен), либо в режиме насыщения (транзистор включен). Остаточное напряжение U_ост находят непосредственно по выходным характеристикам как абсциссу, соответствующую режиму насыщения для заданной нагрузки.

Поскольку масштаб по оси напряжений должен выделять начальный участок, то может быть разрыв значений U_КЭ. Целесообразно примерно до 2 В построить режим насыщения, а затем после разрыва строится активный режим с другим масштабом вплоть до заданного напряжения питания коллектора.

Для получения малого времени включения транзистора рекомендуется подавать входной ток, в несколько раз больший, чем требуется для начала режима насыщения, или

где  - коэффициент насыщения, - коэффициент усиления транзистора в рабочей точке насыщения O'.

Мощность Р_ВХ, потребляемая входной цепью ключа, находящегося в состоянии «включено»:

,

где значение U_{БЭ ВКЛ} находят по входной характеристике транзистора, снятой при U_КЭ = 0 (т.е. для режима насыщения). Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора в состоянии «включено»,

Сопротивление транзистора в состоянии «включено»

Пример решения задачи 3

 

Ключевой режим работы биполярного транзистора можно проанализировать с помощью характеристик, показанных на рис.1. Для заданных  и  строим линию нагрузки. Положение рабочей точки O' соответствует включению транзистора. Соответствующее остаточное напряжение  и сопротивление транзистора в состоянии «включено»  Коэффициент усиления в рабочей точке насыщения , тогда базовый ток, необходимый для надежного включения, при К_НАС = 4

.

Включенный транзистор находится в режиме насыщения, т.е. . Входное напряжение, соответствующее току включения I_БВКЛ, определяют по входной характеристике, снятой при U_КЭ = 0. Для данного примера U_{БЭ ВКЛ} = 0,3 В. Отсюда находим .

Указания к задаче 4

 

По заданной рабочей точке транзистора () и по заданной нагрузке (или по напряжению источника питания) можно построить линию нагрузки. Эта процедура аналогична уже описанной в задаче 1, только дополнительно требуется определить неизвестную величину из уравнения

На семействе выходных характеристик отмечаем рабочую точку. Область допустимых значений режима ограничена слева точками, определяющими пассивный режим полевого транзистора, называемый иногда омическим режимом или триодным. С другой стороны (справа) разрешенные режимы ограничиваются допустимой мощностью рассеяния. Характеристика рассеиваемой мощности на выходном семействе представляет собой гиперболу, описываемую уравнением

.

При построении временных диаграмм на выходных характеристиках возможно появление сильных искажений сигнала из-за захода рабочей точки в режим отсечки (закрытый транзистор) или омический режим.

В этой ситуации следует уменьшить амплитуду входного сигнала U_{М 3U}от заданного значения до величины, при которой рабочая точка не будет выходить за пределы активной области работы прибора. Именно для этой новой амплитуды сигнала определяются параметры линейного (малоискажающего) режима усиления полевого транзистора. При построении временных диаграмм на проходной характеристике следует обратить внимание на незначительное искажение формы выходного тока при синусоидальном входном напряжении, даже если рабочая точка не выходит за пределы активной области.

Для определения коэффициента усиления следует усреднить изменения тока стока, считая, что

где I_MC+ - положительная амплитуда тока стока; I_MC- - отрицательная амплитуда тока стока.

Средняя крутизна прибора при этом равна S_СР = I_MC/ U_{M3 U}

Коэффициент усиления по напряжению каскада K_U= S_CP· R_H

Величина входного тока определяется сопротивлением в цепи затвора R₃, через которое подается постоянное напряжения на затвор.

 

Пример решения задачи 4

Пусть, например, Е_C= 14 В, R_H= 2 кОм, U_{3 U0} = 0 (рис. 8). Рабочая точка находится в положении 0. Следует заметить, что значение U_{3 U0}= 0 взято произвольно и среди вариантов задания почти не встречается. При построении временных диаграмм видно, что при U_{M3 U}= 2 В имеет место заметное искажение формы выходного напряжения за счет попадания рабочей точки 0' в омическую область выходного семейства. Следует уменьшить амплитуду напряжения на затворе до U_{M3 U}= 1 В. При этом заметные искажения сигнала на выходе пропадают. Находим по кривым значение I_МС = 1,8 мА, т.е. I_MC+ ≈ I_МС-.

Рис.8. Выходное (стоковые характеристики) полевого транзистора.

 

Отсюда . Тогда коэффициент усиления по напряжению , входное сопротивление  амплитуда тока затвора  и соответствующая амплитуда тока стока . Тогда коэффициент усиления по току составит  и коэффициент усиления по мощности составляет

Схема включения показана на рис. 9.

Рис.9. Схема включения полевого транзистора для примера задачи 4.

 

Указания к задаче 5