Полевые транзисторы. Принцип действия. Разновидности, параметры, характеристики.

Полевыми транзисторами называются полупроводниковые приборы, которые в отличие от обычных биполярных транзисторов управляются электрическим полем, т.е. практически без затраты мощности управляющего сигнала. Различают шесть различных типов ПТ.

полевые транзисторы делятся на p -канальные и n -канальные. У n -канальных ПТ ток канала становится тем меньше, чем меньше потенциал затвора. У p -канальных ПТ наблюдается обратное явление. Типовые передаточные характеристики ПТ:

Выходные характеристики ПТ с управляющим переходом и каналом n -типа:

Основными параметрами ПТ, являются:

крутизна характеристики S=∆I _С /∆U _ЗИпри U _СИ=const, S =0,1… 500мА/В; внутреннее дифференциальное сопротивление R _{ИС ДИФ} (внутреннее сопротивление) R _{ИС ДИФ} = ∆U _СИ / I _С при U _ЗИ=const, R _{ИС ДИФ}=10 … 50 кОм; начальный ток стока I _{С НАЧ} – ток стока при нулевом напряжении U _ЗИ; у ПТ с p-n переходом I _{С НАЧ} =0,2 ÷ 600мА, МОП со встроенным каналом I _{С НАЧ}=0,1 … 100мА, МОП с индуцированным каналом I _{С НАЧ}=0,01 ÷ 0,5мкА;

напряжение отсечки U _{ЗИ ОТС} = 0,2 ÷ 10В;

сопротивление сток – исток в открытом состоянии R _{СИ ОТК}=2 … 300 Ом; максимальная частота усиления f _макс – частота, на которой коэффициент усиления по мощности равен единице (f_макс – десятки ÷ сотни МГц).Основными преимуществами ПТ с управляющим переходом перед биполярными транзисторами являются высокое входное сопротивление, малые шумы, простота изготовления, малое значение остаточного напряжения между истоком и стоком открытого транзистора. ПТ более температуростабильны. ПТ обладают более высокой стойкостью к ионизирующим излучениям.

Недостаток многих полевых транзисторов – невысокая крутизна переходной характеристики, а, следовательно, и малый коэффициент усиления схем на ПТ.

 

Эмиттерный повторитель.

Эмиттерный повторитель представляет собой усилитель тока и мощности, выполненные на транзисторах по схеме с ОК (ОС), охваченные 100%-ной последовательной ООС.

 

Схемы эмиттерного (а) повторителей

Сопротивление нагрузки включается в эмиттерную цепь транзистора. ЭП обладает повышенным входными и пониженным выходным сопротивлениями. Его входное и выходные напряжения совпадают по фазе и незначительно отличаются по величине. Отмеченные свойства ЭП позволяют использовать его для согласования (разделения) высокоомного источника сигнала и низкоомной нагрузки. ЭП можно рассматривать как усилительный каскад с ОЭ, у которого R _К = 0, а резистор в цепи эмиттера не зашунтирован конденсатором. В этом случае все выходное напряжение, выделяемое на сопротивлении в цепи эмиттера, последовательно вводится во входную цепь усилителя, где вычитается из напряжения входного сигнала U _ВХ, снижая его. В схеме действует 100%-ая последовательная ООС по напряжению, увеличивающая входное и уменьшающая выходное сопротивление ЭП. В отличие от усилителя с общим эмиттером, ЭП не инвертирует входной сигнал. Действительно, если к входу эмиттерного повторителя приложить увеличивающееся по уровню напряжение, то это приведет к увеличению эмиттерного тока транзистора и соответствующему увеличению его выходного напряжения. Поэтому входной и выходной сигналы в схеме будут изменяться в одинаковой фазе. Рассмотрим основные характеристики каскада. Для определения коэффициента усиления по напряжению воспользуемся основным выражением для коэффициента передачи усилителя с цепью ООС. Тогда, имея коэффициент обратной связи β_U = 1, получим

К_{U ЭП} = К_U / (1 + К_U β_U) = К_U / (1 + K_U) < 1. (11.13)

Для реальных схем входное сопротивление каскада

R _ВХ = β R _Э, (11.14)

где β – коэффициент усиления транзистора по току.

Не обладая усилением по напряжению, ЭП обладает значительным усилением по току:

К_{I ЭП} = β + 1. (11.15)

Следствием этого является значительное усиление по мощности (К_Р ≈ К_I).

Частотные свойства ЭП (как и каскада с общим эмиттером) полностью определяются частотными свойствами применяемого транзистора. Однако на практике данный каскад является более высокочастотным, что является следствием 100%-ой ООС.