Польові транзистори з ізольованим затвором.

Вони мають структуру метал (М) – діелектрик (Д) -напівпроводник(Н) - МДН.

 

 

Напруга, з якої канал починає пропускати струм називається пороговою (U_ПОР). Стічна характеристика для МОН -транзисторів виглядає так само як і у транзистора з р-п-переходом.

Електронні підсилювачі.

Електронним підсилювачем називається пристрій що підвищує потужність вихідного сигналу за рахунок зовнішнього джерела живлення. Основним елементом підсилювача є транзистор. В основному електричні підсилювачі є багатокаскадні. Окремі каскади з'єднуються між собою колами, по яких передається підсилюваний сигнал. Каскади виконуються за схемою із спільним емітером і спільним витоком, із спільним колектором з спільним стоком, із спільною базою і спільним затвором. Каскади із спільним емітером і з спільним витоком називаються підсилювальними каскадами, із спільним колектором і із спільним стоком повторювачами напруги, із спільною базою і із спільним затвором – повторювачами струму.

 

 

Така схема зі всіх можливих забезпечує найбільше посилення по напрузі, струму і потужності. Ця схема підсилює тільки змінний сигнал через те, що зв'язок з джерелом сигналу і з навантаженням здійснюється через конденсатор.

С_вх - вхідну ємність, призначена для передачі змінній складовій від джерела вхідного сигналу і для запобігання попадання на вхід постійної складової.

R_б1,_б2- базові резистори, включені по схемі розподілювача напруги. Вони створюють необхідний потенціал бази, який визначає положення робочої точки транзистора. Залежно від потенціалу бази і робочої точки, ми отримуємо цілком визначений струм колектора (струм спокою транзистора)

R_к- визначає максимальний струм колектора транзистора, створює навантаження колекторного кола і своєю величиною впливає на коефіцієнт підсилення каскаду.

R_е- служить для створення негативного зворотного зв'язку при постійному струму і для поліпшення стабільності положення робочої точки при зміні температури.

С_е - усуває вплив негативного зворотного зв'язку на зміну сигналу.

С_вих - служить для передачі вихідної напруги на наступний каскад (навантаження) і для розділення змінної і сталої складової вихідного сигналу.

Вхідна характеристика

 

 

Вихідна характеристика

Зменшення змінної складової на вході підсилювача щодо точки спокою А приводить до зменшення напруги U_бе (малюнок 1) і відповідно за характеристикою до зменшення I_б. Зменшення I_б приводить до зменшення I_к (при замиканні транзистора, що еквівалентно збільшенню його опору), що приводить до збільшення напруги E_к.

E_к = E_п – I_к (R₂+ R₁)

 

Такий підсилювач змінює фазу вхідного сигналу на 180 ⁰С.

Синфазні сигнали - не мають зсуву, або співпадаючою по фазі.

Протифазні сигнали – зсув на 180 ⁰С один відносно одного.

Стабілізація робочої точки при зміні температури відбувається таким чином: збільшення температури транзистора приводить до збільшення зворотного струму колектора, що еквівалентно привідпиранню транзистора, що у свою чергу приводить до ще більшого нагрівання транзистора протікаючим струмом, а це спричиняє ще більше збільшення зворотного струму і приводить до нестабільності посилення каскаду. Включення R_е створює падіння напруги від струму, що протікає через нього

I_е = I_к+I_б

величиною рівною U_е=R_еI_е, полярністю протилежної тій, яка створюється колами зсуву. Таким чином, збільшення струму колектора, а, значить, і струму емітера, приводять до зменшення потенціалу емітера щодо бази, а, значить, до зсуву робочої точки у бік замикаючого транзистора, а, значить, до зменшення струму колектора.

 

 

ЗВОРОТНИЙ ЗВ'ЯЗОК:

Зворотним зв'язком називається передача частині енергії вхідного сигналу на вхід підсилювача. Якщо сигнал зворотного зв'язку діє згідно з вхідним сигналом, внаслідок чого коефіцієнт посилення зростає, то такий зворотний зв'язок називається позитивним. Якщо сигнал зворотного зв'язку протидіє вхідному сигналу (подається протифаза), і коефіцієнт підсилення зменшується, то такий зв'язок називається негативним.

Негативний зворотний зв'язок (НЗЗ) покращує стабільність підсилення, зменшує спотворення форми вхідного сигналу, знижує вплив розкиду параметрів елементів схеми, збільшує вхідний опір каскаду.

Одним з видів негативного зворотного зв'язку є негативний місцевий зворотний зв'язок за струмом. Щоб ввести таку НЗЗ в підсилювач досить виключити з схеми конденсатор С_е. Чим вище струм в колі емітера (R_е), тим менша напруга прикладається до переходу база-емітер. Оскільки ця напруга включена зустрічно до вхідного.

Якщо відсутній в схемі С_е, то змінна складова струму емітера проходитиме тільки через R_е і під впливом падіння напруги від змінної складової, всі процеси, що відбуваються в транзисторі із зміною положення робочої точки будуть аналогічні до процесів описаних для постійної складової.

Важливою характеристикою підсилювача є смуга пропускання, яка визначається амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ),яка показує залежність вхідної напруги від частоти вхідного сигналу.

 

 

 

АЧХ ідеального підсилювача.

 

АЧХ реального підсилювача.

 

 

 

АЧХ ідеального підсилювача не повинна залежати від частоти вхідного сигналу, проте в реальному підсилювачі цього бути не може, оскільки завжди існують елементи, які обмежать посилення на високих частотах, а саме: паразитні ємності; процеси зв'язані з часом переміщення заряду в напівпровідниках.

А в області низьких частот обмеження посилення викликано (у окремому випадку для нашого підсилювача) наявністю розділових ємкостей С_вх і С_вих, які для низьких частот є достатньо великим опором

 

Хс=1/(2πfC)

 

Другою найважливішою характеристикою підсилювача є амплітудна характеристика -залежність вихідної напруги від напруги на вході при f_вх=const.

U_вих

1- Амплітудна характеристика

2 ідеального підсилювача

a- кут нахилу визначає коефіцієнт підсилення підсилювача.

1 Чим більше a, тим більший коефіцієнт підсилення.

U_вих=0; U_вх=0; U_вих=K_УС U_вх.

α Uвх

 

2- реальний підсилювач - відбувається деяке зміщення характеристики за рахунок власних шумів підсилювача (при U_вх=0; U_вих=0).

Другою відмінністю від ідеальної характеристики є ділянка обмеження приросту вихідної напруги при збільшенні вхідної. Ця ділянка називається напругою насичення підсилювача.

Реальний підсилювач живиться від реального джерела живлення. Насичення викликане тим, що підсилювач живиться від реального джерела, що має конкретне значення напруги, причому вихідна напруга підсилювача, незалежно від коефіцієнта підсилення, не може перевищити напругу джерела живлення (15В)

 

 

Підсилювач із загальним колектором (емітерний повторювач).

У відмінності від попереднього підсилювача тут навантаження включене в емітерне коло. Фаза вихідного сигналу по відношенню до вхідного не змінюється. Невелике збільшення позитивного потенціалу на вході підсилювача викликає деякі замикання транзистора. Це у свою чергу приводить до поліпшення негативного потенціалу на R_е і R_н. Виходить, що вхідна напруга в контурі вхідного струму включена зустрічно падінню напруги на R_е.

У цьому підсилювачі створений 100% негативний зворотний зв'язок по напрузі U_вих завжди трохи меншій U_вх.

Щоб отримати АЧХ близьку до ідеальної в початковій ділянці приватного діапазону створені підсилювачі з так званими безпосередніми связами, без перехідних конденсаторів. Такі підсилювачі отримали назву: підсилювачі постійного струму (ППС).

У таких підсилювачів АЧХ виглядає так:

 

 

 

Такі підсилювачі використовують у схемах прецизійних вирішальних (операційних) підсилювачах. Окрім цього в операційних підсилювачах (ОП) обов'язково застосовують диференціальний вхідний каскад.

 

Диференціальний підсилювач.

 

 

 

У цій містковій схемі з'єднання резисторів, точок с і d, мають рівні потенціали за умови: R₁/R₂=R₃/R₄, тобто U_вих=0 незалежно від напруги між т. а і b (U живлення).

Такий місток називається збалансованим, а вираз (1) називається умовою балансу мостка. Діагональ (а-b) містка називається діагоналлю живлення, а діагональ c-d – діагоналлювимірювання. Резистори включені в плечі містка.

 

		Rк

 

 

Якщо в резисторному містку опори R₂ і R₄ зробити змінними і регулюючими, то можна отримати залежність U_вих від вхідного сигналу. Роль змінних опорів можуть виконувати транзистори однокаскадного підсилювача, як на схемі 2. Ця схема носить назву однокаскадний диференціальний підсилювач - коефіцієнт підсилення якого визначається за формулою:

К_п=U_вих/ U_вх1- U_вх2

Переваги схеми:

1. Вихідна напруга залежить тільки від різниці вхідної напруги, тобто підсилюється тільки протифазний, різницевий або диференціальний сигнали.

2. Синфазний сигнал практично повністю пригнічується. Кількість пригнічення його залежить від ідентичності параметрів тронзисторів і опорів в плечах містка.

3. Не має вхідних ємностей і являє собою УПТ.

Операційні підсилювачі

Операційними підсилювачами називаються – підсилювачі, які мають диференціальний вхід і підсилювачі постійного струму з одним виходом, вихідні параметри якого залежать тільки від кіл зовнішнього зворотного зв'язку.

Умовне позначення:

 

 

 

ОП має два входи: інвертуюийі, який позначається знаком інверсії «О» і неінвертуючий; і один вихід. Живиться ОП від двополярного джерела живлення. Позначається:

 

 

Завдяки цьому вихідний сигнал може приймати позитивні і негативні значення відносно загального провідника.

Найважливішою властивістю ОП є те, що при однакових значеннях напруги на входах, вихідна напруга дорівнює нулю.

Існує поняття ідеального і реального ОП. Ідеальний ОП має наступні характеристичні параметри:

К_п=∞

R_вх=∞

R_вих=0

Ширина смуги пропускання = ¥

Реальний ОП має параметри близькі до ідеальних:

К_п до 10

R_вх до 1ГОм

R_вих десятки Ом