ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Основными вольт-амперными характеристиками полевого транзистора являются входная, выходная и проходная характеристики, представленные на рис.4. Входная характеристика – зависимость тока затвора I _з от напряжения между затвором и истоком U _зи – приведена на рис.4,а. Она представляет собой обычную вольт-амперную характеристику полупроводникового диода и практически не зависит от напряжения сток исток U _си. Обычно полевой транзистор работает при закрытом p–n -переходе, поэтому ток затвора очень мал.

2.3. Одиночные усилительные каскады на биполярных
и полевых транзисторах

Усилителем электрических сигналов называется устройство, предназна- ченное для увеличения мощности сигнала, поданного на его вход. Процесс уси- ления основан на преобразовании активным элементом (биполярным, полевым транзистором) энергии источника постоянного напряжения в энергию перемен- ного напряжения на нагрузке при изменении сопротивления активного элемен- та под действием входного сигнала.

Усилители сигналов являются базовыми устройствами для построения

сложных аналоговых электронных устройств. В зависимости от того, какой электрод транзистора является общим для входной и выходной цепей, разли- чают три схемы включения для биполярных (БТ) и полевых транзисторов (ПТ) соответственно: с общей базой или общим затвором (ОБ или ОЗ); с общим эмиттером или общим истоком (ОЭ или ОИ); общим коллектором или общим стоком (ОК или ОС). Работа усилительных устройств описывается рядом пара- метров и характеристик.

Коэффициент усиления, или коэффициент передачи, – отношение ам-

плитуды выходного сигнала к амплитуде входного в установившемся режиме при гармоническом входном сигнале. Сигнал может описываться напряжением, током или мощностью, поэтому различают:

коэффициент усиления по напряжению Кu= Uвых/Uвх; коэффициент усиления по току Кi= Iвых/Iвх; коэффициент усиления по мощности Кр = Рвых/Рвх.

Для многокаскадных усилителей коэффициент усиления определяется

произведением коэффициентов усиления отдельных каскадов, выраженных в абсолютных единицах:

Кu= Кu1 Кu2 Кun(раз)

или суммой коэффициентов усиления, выраженных в децибелах:

Кu= Кu1 + Кu2 + +Кun(дБ).

Входное сопротивление усилителя (полное Zвх или резистивное Rвх) представляет собой сопротивление между входными зажимами усилителя и оп- ределяется отношением амплитуды входного напряжения к амплитуде входно-

го тока:

Zвх

=Uвх

Iвх. Характер входного сопротивления зависит от диапазо-

на усиливаемых частот.

Выходное сопротивление (полное Zвых или резистивное Rвых) опреде- ляют между выходными зажимами при отключенном сопротивлении нагрузки как отношение амплитуды выходного напряжения к амплитуде выходного тока:

Zвых = Uвых / Iвых.

Коэффициент демпфирования – отношение сопротивления нагрузки к

выходному сопротивлению усилителя: Кд = Rн / Rвых. Значение этого парамет-

ра лежит в пределах от 10 до 100.

Выходная мощность – мощность гармонического сигнала на выходе усилителя при работе на расчетную нагрузку и заданном коэффициенте гармо-

Pвых

=U2 m/ 2Rн.

Коэффициент полезного действия (КПД) – отношение выходной мощ-

ности, отдаваемой усилителем в нагрузку, к общей мощности, потребляемой от

источника питания: = (Рвых / Р0)100 %.

Чувствительность (номинальное входное напряжение) – амплитуда на-

пряжения сигнала, который нужно подать на вход усилителя, чтобы получить на выходе сигнал с заданной мощностью.

Динамический диапазон – отношение наибольшего допустимого значе-

ния входного напряжения к его наименьшему допустимому значению:

D = Uвх max/Uвх min.

Диапазон усиливаемых частот (полоса пропускания) – разность между

верхней и нижней граничными частотами: f = fв – fн, в которой коэффициент усиления изменяется по определенному закону с заданной точностью.

Коэффициент гармоник оценивает нелинейные искажения усилителя в

процентах:

К = P2 P3 KPn

P1

100 %,

где P1, P2,, Pn– мощности гармонических составляющих выходного сиг- нала (nf1) при синусоидальном входном сигнале частотой f1. Источником нели- нейных искажений являются нелинейность вольт-амперных характеристик

(ВАХ) активных элементов усилителя, а также ограниченное значение напря-

жения питания. Это приводит к искажению формы сигнала и появлению выс- ших гармонических составляющих в спектре выходного сигнала при действии на входе гармонического сигнала.

Линейные искажения определяются зависимостями параметров транзи- сторов от частоты и реактивными элементами усилительных устройств. Линей- ные искажения бывают трех видов: частотные, фазовые и переходные.

Амплитудная характеристика (АХ) – это зависимость амплитуды (или

действующего значения) напряжения первой гармоники выходного сигнала от

амплитуды (или действующего значения) напряжения гармонического входно- го сигнала (рис. 3.1). Для идеального усилителя АХ линейна и проходит через начало координат (штриховая линия), наклон характеристики к оси абсцисс оп-

ределяется коэффициентом усиления

Uвых

=Ku*Uвх.

Рис. 3.1

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) определяет зависимость

модуля коэффициента усиления от частоты гармонического сигнала на входе

усилителя. На рис. 3.2 представлена типичная АЧХ резистивного усилителя.

Рис. 3.2

Переходная характеристика (ПХ) устанавливает зависимость мгновенно- го значения напряжения на выходе усилителя от времени при бесконечно быст- ром скачкообразном изменении входного сигнала. ПХ оценивает искажения формы усиливаемых импульсных сигналов, которые обусловлены реактивными элемен- тами схемы усилителя. На рис. 3.3 пред- ставлена нормированная ПХ усилителя.

1. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Лицевая панель лабораторного стенда, используемого для исследования полупроводниковых приборов, представлена на рис. 1.1

Рис. 1.1

Цифры около положительных выводов миллиамперметров и вольтметров означают предел измерения шкалы прибора в миллиамперах и вольтах соответственно, если прибор включен в схему данным выводом.

Внешний вид панели для коммутации измерительных схем показан на

рис. 1.2. Панель имеет несколько полей, обозначенных цифрами (см. рис.1.2):

1 – входные и выходные клеммы управляемого источника тока; 2 – входные и выходные клеммы управляемого источника напряжения с ограничением выходного тока (Imax= 20 мА); 3 – поле для исследования динамических характеристик полупроводниковых диодов; 4 – поле для исследования статических вольт-амперных характеристик (ВАХ) полупроводниковых диодов; 5 – поле для исследования статических ВАХ биполярных (БТ) и полевых транзисторов(ПТ); 6 – поле для исследования характеристик оптопар.

Рис.1.2

Панель для коммутации измерительных схем представляет собой набор

клемм, к которым подключены внутренние управляемые источник тока и источник напряжения с ограничением выходного тока, а также электрически соединенных между собой клемм, что обозначено черными линиями. Это дает возможность с помощью внешних проводников собрать в соответствии с методическими указаниями необходимые для проведения экспериментальных исследований схемы. Внешние измерительные приборы коммутируются к клеммам, между которыми зеленым цветом показано условное графическое обозначение миллиамперметра или вольтметра. При сборке схемы необходимо придерживаться следующего правила: положительные выводы источников напряжения и измерительных приборов коммутируются к гнездам панели проводниками красного цвета, а отрицательные – синего цвета. Это позволит облегчить самоконтроль правильности сборки схемы, а также контроль со стороны преподавателя или инженерного состава. Исследуемые полупроводниковые приборы включаются в схему с помощью внешнего разъема, место включения которого выделено на панели штриховой линией зеленого цвета.

Регулируемые источники постоянного напряжения могут обеспечить максимальный ток нагрузки Imax=100 мА.Для ряда полупроводниковых приборов эта величина значительно превышает максимально допустимый ток. Во избежание случайного выхода из строя таких приборов при исследованиях рекомендуется осуществлять подачу напряжения через источник напряжения с ограничением выходного тока (Imax= 20 мА). При этом необходимо контролировать величину тока с помощью миллиамперметра.

При проведении исследований статических характеристик ряда приборов удобнее задавать изменение тока, а не напряжения. В этом случае регулируемый источник напряжения включается в схему через управляемый источник тока, который имеет три диапазона изменения тока (0...1 мА, 0...20 мА,0...100 мА). Выбор одного из диапазонов осуществляется подключением питающего источника напряжения и нагрузки к соответствующему входу и выходу источника тока. Диапазон изменения тока выбирается исходя из максимально допустимых параметров исследуемого полупроводникового прибора.

Поиск по сайту: