Работа МДП-транзистора (MOSFET) со встроенным каналом N-типа.

Подключим к транзистору напряжение между стоком и истоком Uси любой полярности. Оставим затвор отключенным (U_зи = 0). В результате через канал пойдет ток I_си, представляющий собой поток электронов.

Далее, подключим к затвору отрицательное напряжение относительно истока. В канале возникнет поперечное электрическое поле, которое начнет выталкивать электроны из зоны канала в сторону подложки. Количество электронов в канале уменьшиться, его сопротивление увеличится, и ток I_си уменьшиться. При повышении отрицательного напряжения на затворе, уменьшается сила тока. Такое состояние работы транзистора называется режимом обеднения.

Если подключить к затвору положительное напряжение, возникшее электрическое поле будет притягивать электроны из областей стока, истока и подложки. Канал расшириться, его проводимость повыситься, и ток I_си увеличиться. Транзистор войдет в режим обогащения.

Как мы видим, МДП-транзистор со встроенным каналом способен работать в двух режимах - в режиме обеднения и в режиме обогащения.

Физическое устройство МДП-транзистора со встроенным каналом отличается от типа с индуцированным каналом наличием между стоком и истоком проводящего канала.

Питання 11

Польові транзистори з ізольованим затвором: транзистори з індукованим каналом: будова, фізичні процеси, відмінності, області використання.

Подключим напряжение любой полярности между стоком и истоком. В этом случае электрический ток не пойдет, поскольку между зонами N⁺ находиться область P, не пропускающая электроны. Далее, если подать на затвор положительное напряжение относительно истока U_зи, возникнет электрическое поле. Оно будет выталкивать положительные ионы (дырки) из зоны P в сторону подложки. В результате под затвором концентрация дырок начнет уменьшаться, и их место займут электроны, притягиваемые положительным напряжением на затворе.

Когда U_зи достигнет своего порогового значения, концентрация электронов в области затвора превысит концентрацию дырок. Между стоком и истоком сформируется тонкий канал с электропроводностью N-типа, по которому пойдет ток I_си. Чем выше напряжение на затворе транзистора U_зи, тем шире канал и, следовательно, больше сила тока. Такой режим работы полевого транзистора называется режимом обогащения.

Принцип работы МДП-транзистора с каналом P–типа такой же, только на затвор нужно подавать отрицательное напряжение относительно истока.

Физическое устройство МДП-транзистора со встроенным каналом отличается от типа с индуцированным каналом наличием между стоком и истоком проводящего канала.

Індукований затвор= 100% от помех.

Питання 12

Підсилювачі. Види підсилювачів, структурна схема підсилювача, основні характеристики.

Підсилювачем називають пристрій, що дає змогу перетворювати вхідний сигнал на сигнал більшої напруги або більшої потужност або струму, без істотного спотворення його форми. Ефект підсилення можливий лише за наявності джерела енергії, перетворюваємої підсилювачем на енергію підсилювальних сигналів.

Класифікують за ознаками

Ознаки:

1)Призначення

2)Характером сигналу підсилення

3)Смугою частот підсилення

4)За видом елементів, що використовуються.

За призначенням:

1)Підсилювачі напруги

2)Підсилювачі струму

3)Підсилювачі потужності

За характером сигналів підсилювачі бувають:

1) Грамонійних сигналів- забезпечують підсилення безперервних гармонійних синусоїдальних сигналів.

2) Підсилювачі імпульсних сигналів- забезпечують підсилення імпульсних сигналів заданої форми.

За смугою частот підсилення розрізняють:

1) Підсилювачі постійного струму- діапазон частот

2) Підсилювачі зсінного стуму з діапазоном частот

а) підсилювачі низької частоти (діапазон частот від 10 Гц до 20 кГц);

б) підсилювачі високої частоти (діапазон частот від 20 кГц до 100 Мгц)

в) смугові підсилювачі

За вилом елементів, що використовуються:

1) Транзисторі підсилювачі на біполярних транзисторах

2) Транзисторі підсилювачі на польових транзисторах

3) Підсилювачі на мікросхемах

Всі ці підсилювачі можуть буду періодичними або резонансними.

Структурна схема підсилювача

Основними характеристиками підсилювачів є:

Амплітудна характеристика

характеристика, що являє собою залежність Uвих=f(Uвх) на деякій постійній частоті. Характеризується коеф. динамічного діапазону

У робочому діапазоні амплітуд вхідного сигналу амплітудна характеристика прямолінійна (для лінійних підсилювачів це пряма, що проходить через початок координат), а кут її нахилу визначається величиною коефіцієнта підсилення підсилювача на даній частоті.

2. Амплітудно-частотна характеристика

Залежність модуля коефіцієнта підсилення підсилювача від частоти при Uвх=const Є амплітудно-часовою характеристикою підсилювача.

Фазочастотна характеристика являє собою залежність кута зсуву фази між вхідною й вихідною напругою, тобто аргументу коефіцієнта підсилення К_П від частоти. Позитивні значення кута відповідають випередженню, а негативні — відставанню вихідної напруги від вхідної. Помічу, що під фазовим зсувом розуміють такий зсув, який обумовлений реактивними елементами підсилювача (індуктивностями, ємностями), а внесений активними елементами (транзисторами, мікросхемами) поворот фази на 180° не приймається в увагу.

Питання 13

Амплітудно-частотні та фазово-частотні хар-ки підсилювачів.

Амплітудно-частотна характеристика . Залежність модуля коефіцієнта підсилення підсилювача від частоти при Uвх=const Є амплітудно-часовою характеристикою підсилювача.Оскільки модуль коефіцієнта підсилення на різних частотах має різні значення, гармонійні складові складного вхідного сигналу підсилюються неоднаково, тому форма вихідного сигналу відмінна від форми вхідного сигналу. Такі спотворення підсилювального сигналу називаються частотними спотвореннями. Мірою частотних спотворень, які вносить підсилювач на частоті f, служить коефіцієнт частотних спотворень М, що дорівнює відношенню модулів коефіцієнтів підсилення (Кп) на середній і робочій частотах: M=Kп₀/Kп_f.

У радіотехніці часто застосовують нормовані АЧХ.

Фазочастотна характеристика являє собою залежність кута зсуву фази між вхідною й вихідною напругою, тобто аргументу коефіцієнта підсилення К_П від частоти Позитивні значення кута відповідають випередженню, а негативні — відставанню вихідної напруги від вхідної..

Ідеальною фазовою характеристикою підсилювача, при якій він не вносить фазових спотворень, є пряма, що проходить під кутом через початок координат. Тому фазові спотворення підсилювача оцінюють не за значенням кута зсуву фази , а по різниці ординат у фазовій характеристиці й дотичній до неї, проведеної через початок координат. Для верхніх частот менше кута , для нижніх частот

Питання 14

Основні технічні показники підсилювачів – дати пояснення.

Найважливішими технічними показниками підсилювача є: коефіцієнти підсилення (по напрузі, струму і потужності), вхідний і вихідний опору, вихідна потужність, коефіцієнт корисної дії, номінальна вхідна напруга (чутливість), діапазон частот підсилюються, динамічний діапазон амплітуд і рівень власних перешкод, а також показники, що характеризують нелінійні, частотні та фазові спотворення підсилюється сигналу.

Коефіцієнт посилення - відношення сталих значень вихідної та вхідної сигналів підсилювача. Залежно від типу підсилюється величини розрізняють коефіцієнти підсилення:

по напрузі Ku = D U2 / D U1;

по току Ki = D I2 / D I1;

за потужністю Кр = Р2 / Р1,

де U 1, U 2, I 1, I 2 - діючі (або амплітудні) напруги і струми.

Так як P 1 = U 1 I 1 і P 2 = U 2 I 2, то коефіцієнт підсилення по потужності Kp = Ku Ki.

Питання 15

Три основні схеми транзисторних каскадів. Основні властивості, відмінності в залежності від включення.

Питання 16

Розрахунок підсилювача напруги на біполярному транзисторі за схемою із спільним емітером.

Схема зі спільним емітером — схема включення біполярного транзистора як чотириполюсника.

(Схема зі спільним емітером. Вхідний опір відносно великий, вихідний відносно низький. Коеф. підсилення за напругою дуже великий,за струмом дуже великий, за потужністю дуже великий. Частотні властивості помірні).

При схемі підключення транзистора зі спільним емітером (СЕ) вхідний сигнал подається на базу, а знімається з колектора. При цьому фаза вихідного сигналу відрізняється від вхідного на 180°. Підсилює і струм, і напругу.

Особливістю схеми зі спільним емітером є максимальний серед трьох типових схем підсилювачів коефіцієнт підсилення за потужністю, тому схема найбільш розповсюджена. Проте при такій схемі мають місце ряд негативних проявів:

· відносно високі в порівнянні з іншими схемами включення транзистора нелінійні спотворення сигналу, що обумовлюється нелінійністю вхідної характеристики транзистора та високим вихідним опором схеми;

· низька частота зрізу через внаслідок ефекту Міллера.

Крім того, при даній схемі підключення, на характеристики підсилювача значно впливають зовнішні чинники, такі як напруга живлення, або температура довкілля. Зазвичай для компенсації цих чинників застосовують негативний зворотний зв'язок, але він знижує коефіцієнт підсилення.

· Коефіцієнт підсилення по струму: I_вих/I_вх=I_к/I_б=α

· Коефіцієнт підсилення по напрузі: U_вих/U_вх=U_к/U_б=α

Питання 17

Температурна стабілізація робота каскадів підсилювачів на основі НЗЗ

НЗЗ– це такий зв’язок при якому фаза напруги, що подається з виходу схеми на її вхід, протилежна фазі вхідної напруги

В основі даного принципу термостабілізації лежить автоматична компенсація температурних змін струму І_к (а звідси і положення робочої точки) зміною напруги зміщення. Якщо під впливом температури колекторний струм зростає, то робоча точка зміститься по лінії навантаження уверх, напруга зміщення вплине так на колекторний струм, що останній зменшиться – робоча точка повертається в початковий стан. І навпаки, якщо під впливом температури колекторний струм зменшиться і робоча точка зміститься униз по лінії навантаження – напруга зміщення на базу подіє так, що робоча точка знову повернеться на вихідну (початкову) позицію. показано зміщення робочої точки при збільшенні температури p-n переходів транзистора. Початковий стан робочої точки – точка П, їй відповідає струм колектора І_кс. Під дією температури (нагрівання переходів від непередбачених факторів) робоча точка зміститься в положення П₄ – струм колектора збільшився і відповідає значенню І_к4. Крім того, що зміниться коефіцієнт передачі струму транзистора, буде суттєве викривлення вихідного сигналу, тому що робоча точка попадає в криволінійну частину вихідних (а також вхідної) характеристик. В вихідному сигналі з’являться окрім амплітудних також значні нелінійні викривлення.

Вирішується ця проблема так: напруга зміщення U_б-е формується із зустрічно ввімкнених незалежної від температури напруги U_R2 та залежної від температури напруги на опорі в колі емітера .

.(2.1)

Робота схеми: ↑ Тº → ↑І_е → ↑U_Rе → ↓U_б-е → ↓ І_е

↓ Тº → ↓ І_е → ↓U_Rе→ ↑U_б-е→ ↑ І_е

Питання18.

Зворотній зв'язок в підсилювачах: за способом створення, за способом під’еднання, хар-ки, особливості, переваги та недоліки, розрахунки.

Зворотній зв’язок підсилювачів чи в окремому каскаді зветься такий зв’язок між входом та виходом,при якому частина енергії підсилювального сигналу з виходу передається на вхід.

За способом виникнення є:

-Внутрішній; -Паразитний; -Штучний ЗЗ.

Внутрішній зворотній зв*язок виникає за рахунок внутрішніх властивостей елементів схем.

Паразитний-виникає за рахунок паразитних ємностей та індуктивностей.

Штучний ЗЗ вводиться для покращення чи корегування основних характеритик підсилювача.

За способом підєднання ЗЗ є: паралельний та послідовний.

Бета= Uвих ЗЗ/Uвх ЗЗ, Бета<1/

Питання19

Позитивний та негативний зв'язок в підсилювачах. Математичне представлення, умови використання.

.За ознакою кільцевого підсилення є позитивний чи негативний зворотнй зв’язок.

При ПЗЗ сигнал на вхід підсилювача через ланцюг зворотнього зв*язку подається в фазі з вихідним сигналом.

При нзз сигнал через ланцюг ЗЗ подається в протифазі з вхідним сигналом.

Підсилювачі як правило використовують ЕЗЗ.

ПЗЗ-використовують в генераторних схемах.

В залежності від підключення до виходу підсилювача розрізняють ЗЗ по струму та ЗЗ по напрузі.

Негативний ЗЗ незважаючи на зменшення Коеф. підсилення широко використовують,тому що при цьому забезпечується:-Розширення полоси підсилювальних частот,зменшення лінійних та частотних підсилень,підвищення вх..опору,стабільність параметрів,деяке зменшення рівня внутрішніх шумів.А коеф. підсилення можна підняти за допомогою конденсатора.(поставити його паралельно)

Позитивний ЗЗ використовують здебільшого в генераторах гармонійних сигналів.

U1=Uвх+Uзз

K=Uвих/Uвх

Kзз=Uвх/Uвх+Uвих зз

Кзз=Uвих/U вх.+B*Uвих

Кзз=К/1+BK

1+ВК-негативний ЗЗ

1-ВК-позитивний ЗЗ

Питання 20. Поняття о прохідній динамічній характеристиці підсилювального каскаду. Принцип побудови.

Питання 21. Режим роботи підсилювачів (клас А,В) графічні характеристики, якісні та технічні показники.

Режим роботи класу А-Наиболее предпочтительный для усилителя.

В режимі А встанвлюеться на середині прохідної динамічної характеристики. Доля цього між базю та емітером резистивним дільником необхідно створити постійну напруги відповідну значенню робочої точки. При відсутності вихідного сигналу робоча точка зветься точкою покою, якщо подавати в якийсь час Т1 перемінний вхідний сигнал то на відрізку від Т0 до Т1 через колектор буде постійний струм, струм спокою. Від Т1 до Т2 струм у колекторі буде змінюватись пропорційно напрузі на базі за синусоїдальним законом.

Режим роботи А характеризується мінімальним нелінійним викревленням за рахунок роботи на лінійному відрізку характеристики. Едоліком режиу класу А є відносно низький ККД(25-30%). Це пояснюється ти, що енергія живлення каскаду затрачується не тільки на підсилення перемінної складової, але і на створення постійної складової І спокою, яка не є інформативною.

Режи рототи класу А використовується в каскадах попереднього підсилення, де транзистори низької потужності.