Схема 10: Транзисторний ключ на базі польового транзистору

Приклад зібраної схеми у середовищі MicroCap 9: keyField.cir

Параметри схеми з конденсатором:

M1 (DNMOS):

1) Model = BS170;

V1 (Pulse Source):

2) Model = SQUARE.

P1 = 0 [sec];

P2 = 1n [sec];

P3 = 700n [sec];

P4 = 701n [sec];

P5 = 1u [sec];

vone = 5;

vzero = 0;

V2 (Battery)

3) Value = 5

Інші параметри вказані на самій схемі.

 

На рисунку вище зображена схема досліджуваного ТК. В якості польового транзистору обрано МОП транзистор с індукованим каналом n-типу.

У вихідному стані, коли Uвх = 0, провідного каналу в підкладці транзистора немає, тому ТК закритий, що значить i_с= i_и= 0 і вся напруга джерела живлення E падає на транзисторі: U_вых = Е. Такому стану схеми на графіку відповідає відрізок часу t=0¸t₁.

Якщо на вхід схеми подавати напругу додатної полярності, то при певному її значенні, нижче позначеному як U_отп1, через транзистор почне протікати струм. Це пояснюється тим, що в підкладці p-типу буде індукуватися канал (n-типу), який забезпечить електричне з'єднання електродів транзистора (вони також мають тип провідності n). Врешті U_вх = U_отп2 ТК відімкнеться і U_вих, рівне падінню напруги на опорі каналу, в цьому випадку буде невеликим (близьким до нуля), що підтверджують наведені нижче графіки. Як видно, в момент відмикання ключа (t = t₁) U_вих зменшується не миттєво. Це пов’язано з обмеженістю швидкості формування провідного каналу.

Коли керуюча напруга U_вх знову впаде до 0 (момент t₃), електрони у підкладці транзистора під дією дифузійного ефекту будуть рівномірно розподілятися за її об'ємом і канал поступово через деякий час зникне. ТК закриється, і вихідна напруга знову зросте до значення Е

 

Рисунок 64 – ТК на польовому транзисторі

Схема стоко-затвориної характеристики:

Приклад зібраної схеми у середовищі MicroCap 9: keyFieldStZt.cir

Параметри схеми з конденсатором:

M1 (DNMOS):

1) Model = BS170;

VG (Battery)

VD (Battery)

Рисунок 65 – стоко-затворна харктеристика ТК на польовому транзисторі

На рисунках зображені передавальна і стоко-затворна характеристики схеми, які показують, що формування каналу починається лише тоді, коли U_вх досягає значення U_від1, а повне відмикання ТК (тобто коли робоча точка знаходиться в області насичення) настає при U_вх = U_отп2. Максимальне значення струму стоку визначається резистором R: I_c.max» E / R.

Порядок виконання роботи

2) Схема 1. Дослідження перехідних та часових характеристик послідовного ДК;

a. Зняти та проаналізувати перехідну характеристику для послідовного ДК. Приклад характеристики наведений на рисунку 50;

b. Зняти та проаналізувати залежність вхідної/вихідної напруг від часу послідовного ДК. Приклад характеристики наведений на рисунку 51.

3) Схема 2. Дослідження перехідних та часових характеристик послідовного ДК зі зміщенням;

a. Зняти та проаналізувати перехідну характеристику для послідовного ДК зі зміщенням. Приклад характеристики наведений на рисунку 52;

b. Зняти та проаналізувати залежність вхідної/вихідної напруг від часу послідовного ДК зі зміщенням. Приклад характеристики наведений на рисунку 53.

4) Схема 3. Дослідження перехідних та часових характеристик паралельного ДК;

a. Зняти та проаналізувати перехідну характеристику для паралельного ДК. Приклад характеристики наведений на рисунку 54;

b. Зняти та проаналізувати залежність вхідної/вихідної напруг від часу паралельного ДК. Приклад характеристики наведений на рисунку 55.

5) Схема 4. Дослідження перехідних та часових характеристик паралельного ДК зі зміщенням;

a. Зняти та проаналізувати перехідну характеристику для паралельного ДК зі зміщенням. Приклад характеристики наведений на рисунку 56;

b. Зняти та проаналізувати залежність вхідної/вихідної напруг від часу паралельного ДК зі зміщенням. Приклад характеристики наведений на рисунку 57.

6) Схема 5. Дослідження часових характеристик ТК на базі NPN-транзистору включеного за схемою зі спільним емітером;

a. Зняти та проаналізувати залежність вхідної/вихідної напруг та струму бази від часу для зібраної схеми ТК. Приклад характеристик наведений на рисунку 58.

b. Зняти та проаналізувати залежність вхідної/вихідної напруг та струму бази від часу для зібраної схеми ТК з прискорюючим конденсатором. Приклад характеристик наведений на рисунку 58.

7) Схема 6. Дослідження часових характеристик ТК на базі PNP-транзистору включеного за схемою зі спільним емітером;

a. Зняти та проаналізувати залежність вхідної/вихідної напруг та струму бази від часу для зібраної схеми ТК. Приклад характеристик наведений на рисунку 59.

b. Зняти та проаналізувати залежність вхідної/вихідної напруг та струму бази від часу для зібраної схеми ТК з прискорюючим конденсатором. Приклад характеристик наведений на рисунку 59.

8) Схема 7. Дослідження часових характеристик ТК на базі NPN-транзистору включеного за схемою з прискорюючим конденсатором та без нього;

a. Зняти та проаналізувати залежність вхідної/вихідної напруг та струму бази від часу для зібраної схеми ТК з прискорюючим конденсатором та без нього. Приклад характеристик наведений на рисунку 60.

9) Схема 8. Дослідити схему відкритого транзисторного ключа (закритого в вихідному стані, при 0 В на вході).

a. Зібрати схему підсилювача на базі NPN-транзистора включеного за схемою з СЕ.

b. Зняти та проаналізувати залежність вихідної від вхідної напруг у схемі від часу.

10) Схема 9. Дослідити схему закритого транзисторного ключа (відкритого в вихідному стані, при 0 В на вході).

a. Зібрати схему підсилювача на базі NPN-транзистора включеного за схемою з СЕ.

b. Зняти та проаналізувати залежність вихідної від вхідної напруг у схемі від часу.

3.4 Контрольні питання

1. Дати визначення діодного ключа(ДК) та навести області його застосування.

2. Яка напруга називається пороговою? Опишіть перехідну характеристику послідовного ДК.

3. Різновиди та сфери застосування ОП.

4. Вивести формулу для обчислення коефіцієнта підсилення інвертуючого та неінвертуючого ОП.

5. Як визначити вхідний імпеданс для інвертуючого ОП? Назвіть основні переваги та недоліки інвертуючого ОП.

6. Як правильно налаштувати неінвертуючий ОП для підсилення змінного струму?

7. Дати характеристики інтегратора та диференціатора.