где соответствующие токи показаны на рисунке 2.33, а - крутизна при токе стока равном .
В ПТ температурная нестабильность тока стока обусловлена следующими факторами (при росте температуры):
¨ увеличением тока стока за счет теплового смещения проходных характеристик (как и в БТ) при малых значениях тока покоя стока ;
¨ уменьшением тока стока за счет удельного сопротивления канала в широком диапазоне изменения тока покоя стока .
Следовательно, у некоторых типов ПТ возможно существование термостабильной точки покоя (рисунок 2.35).
Координаты термостабильной точки и соответствующую им крутизну можно приближенно оценить по следующим соотношениям [1]:
Поскольку ток относительно мал, можно сделать вывод, что широком диапазоне изменений тока стока последний уменьшается с ростом температуры.
Рассмотренные основные схемы питания ПТ осуществляют термостабилизацию режима за счет ООС (последовательной по постоянному току) аналогично каскаду на БТ, т.е. уход тока стока уменьшается в раз. Собственно определяется по справочным данным, составляющую теплового смещения проходных характеристик можно определить по аналогии с БТ. Отрицательная температурная зависимость тока стока ПТ может быть использована в целях термокомпенсации каскадов на БТ.
2.11. Усилительный каскад на полевом транзисторе с ОС
Вариант схемы каскада с ОС с автосмещением приведен на рисунке 2.36, схемы для областей СЧ,ВЧ и НЧ приведены, соответственно, на рисунках 2.37а,б,в.
Каскад с ОС называют еще "истоковым повторителем" или "повторителем напряжения, т.к., аналогично каскаду с ОК, можно показать, что коэффициент передачи по напряжению этого каскада меньше единицы, и что каскад с ОС не инвертирует фазу входного сигнала.
Графический анализ работы усилительного каскада с ОС проводится как для ОЭ (см. раздел 2.5).
Для расчета параметров каскада с ОС по переменному току используем методику раздела 2.3, а ПТ представлять моделью предложенной в разделе 2.4.2.
Проведя анализ, получим для области СЧ:
,
где , - глубина ООС;
,
,
где - выходное сопротивление собственно транзистора, .
В целом
,
потому, что, как правило, .
В области ВЧ получим:
,
где - постоянная времени каскада в области ВЧ, определяемая аналогично ОИ;
,
где ;
.
Выражения для относительного коэффициента передачи и коэффициента частотных искажений и соотношения для построения АЧХ и ФЧХ каскада с ОК аналогичны приведенным в разделе 2.5 для каскада с ОЭ.
В области НЧ получим:
,
где - постоянная времени разделительной цепи в области НЧ. далее все так же, как для каскада с ОИ.
Усилительный каскад с ОЗ (рисунок 2.38) на практике используется
редко, поэтому отдельно рассматриваться не будет. Отметим только, входное сопротивление каскада определяется аналогично выходному для истокового повторителя (), а остальные параметры- аналогично ОИ.
Характеристики ПТ при различных схемах включения приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2
Характеристики ПТ при различных схемах включения
Параметр
Схема
ОИ
ОЗ
ОС
Единицы МОм
Единицы, десятки Ом
Единицы МОм
Единицы кОм
Единицы кОм
Единицы, десятки Ом
>>1
>>1
<1
-
@1
-
2.12. Временные характеристики усилительных каскадов
2.12.1. Метод анализа импульсных искажений
Рассмотренные усилительные каскады могут быть использованы для усиления импульсных сигналов. Для оценки искажений формы усиливаемых импульсных сигналов необходимо рассмотреть переходные процессы в усилительных каскадах. При анализе переходных процессов будем считать каскады линейными, т.е. амплитуда сигналов в них существенно меньше постоянных составляющих токов и напряжений в рабочей точке. В этом случае наиболее удобным методом анализа является преобразование Лапласа (операторный метод).
Временной процесс в электрической цепи описывается системой интегро-дифференциальных уравнений (СИДУ). Применяя прямое преобразование Лапласа (ППЛ), приводят СИДУ к системе линейных алгебраических уравнений (СЛАУ), которая просто решается относительно некоторой промежуточной функции, по которой с помощью обратного преобразования Лапласа (ОПЛ) находится решение для исходной СИДУ.
ППЛ функции вещественного переменного f(t) ("оригинала") служит для нахождения преобразованной функции f(p) ("изображения") и определяется соотношением:
.
ОПЛ определяется формулой:
,
где .
Практически "оригинал" f(t) находят по изображению f(p) с помощью таблиц [6], три примера приведены в таблице 2.3.
Таблица 2.3
Обратное преобразование Лапласа
f(p)
f(t)
Вид f(t)
1
Из теоремы о предельных значениях следует, что если f(t)ºf(p), то:
.
Применительно ПХ h(t) получим:
,
где Y(p) получается из АЧХ заменой jw на p, и учитывая, что "изображение" единичного скачка равно 1/p (см. таблицу 2.3).
Из последнего выражения следует, что при временном анализе усилительного каскада возможно отдельное рассмотрение областей малых времен (МВ) и больших времен (БВ) по схемам каскада для областей ВЧ и НЧ соответственно, и нахождения и D (см. рисунок 2.5).
Итак, анализ усилительных каскадов при импульсных сигналах сводится к следующим операциям:
¨ зная Y(jw), заменой jw на р и делением на р полученного выражения переводят его в "изображение" ПХ h(p);
¨ пользуясь таблицей, по h(p) находят "оригинал" ПХ h(t);
¨ рассматривая h(t) для схемы каскада в ВЧ области, находят , d и их зависимость от элементов;
¨ рассматривая h(t) для схемы каскада в НЧ области, находят D и его зависимость от элементов;
¨ исходя из допустимых искажений импульсного сигнала, получают формулы для выбора элементов схемы каскада.
Из-за сильного изменения параметров транзистора от тока при больших амплитудах импульсного сигнала (одного порядка с амплитудами напряжения и тока в рабочей точке) и использовании упрощенных моделей ПТ и БТ (до 0,5), что не позволяет вести учет высших гармонических составляющих спектра сигнала, вносящих существенный вклад в искажения формы сигнала, эскизный расчет усилительных каскадов во временной области характеризуется большей (в сравнении с расчетом в частотной области) погрешностью.
В какой-то степени скорректировать погрешность можно путем учета времени запаздывания (см. рис.2.4), и усреднением параметров транзистора за время действия импульсного сигнала (рисунок 2.39).
В отличие от усилительных каскадов гармонических сигналов, при выборе транзисторов для импульсных каскадов следует учитывать полярность выходного сигнала при выборе типа проводимости транзистора с целью экономии энергии источника питания. Если ИУ предназначен для усиления однополярного сигнала, то с энергетических соображений рекомендуется брать транзистор проводимости p-n-p для выходного сигнала положительной полярности n-p-n - для отрицательной.
На рисунке 2.39а проиллюстрирован процесс выбора рабочей точки для импульсных сигналов с малой скважностью (Q£10). Скважность Q определяется как отношение длительности периода следования импульсов к их длительности. Определить координаты рабочей точки (и точки, для которой рассчитываются параметры транзистора) можно, используя следующие соотношения:
;
.
На рисунке 2.39б проиллюстрирован процесс выбора рабочей точки для импульсных сигналов с большой скважностью (Q>10). Определить координаты рабочей точки можно, используя следующие соотношения:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22
