Схема усилитель на полевом транзисторе схема: Усилители на полевых транзисторах: схема, принцип работы, формула

Содержание

Усилители на полевых транзисторах: схема, принцип работы, формула

В качестве примера рассмотрим RС-усилитель на полевом транзисторе с p-n-переходом, включенном с общим истоком (рис. 2.24). Используем транзистор с каналом n-типа. Для используемого транзистора начальное напряжение u из должно быть положительным (p-n-переход должен находиться под запирающим напряжением). С целью получения этого напряжения в цепь истока включают резистор Rи, на котором возникает падение напряжения U Rи от протекания по нему начального тока истока Iин.

Напряжение URичерез резистор R3 передается на затвор. Так как ток затвора полевого транзистора пренебрежимо мал, падение напряжения на сопротивлении R3 практически равно нулю, поэтому Uиз=URи. Рассмотренную схему обеспечения начального режима работы называют схемой с автоматическим смещением.

Пусть задан начальный ток стока ( I = Iин) и начальное напряжение Uизн между истоком и затвором. Тогда сопротивление Rи следует выбрать из соотношения Rи = Uизн / Icн Сопротивление R3 обычно выбирают порядка 1 МОм.

Полезно отметить, что рассматриваемая схема обеспечения начального режима работы характеризуется повышенной стабильностью. Если по каким-либо причинам начальный ток стока Iсн начнет увеличиваться, то это приведет к увеличению напряжений U и Uиз, что будет препятствовать значительному увеличению тока Iсн.

Модуль коэффициента усиления каскада в области средних частот определяется равенством KU = S · Rc · R и/ ( Rc + Rи)

где S — статическая крутизна характеристики полевого транзистора, определяемая по справочникам. Назначение конденсаторов С1, С2 и С4 аналогично назначению соответствующих конденсаторов RC — усилителя на биполярном транзисторе.

Частотные характеристики рассматриваемого усилителя подобны частотным характеристикам RC — усилителя на биполярном транзисторе.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Усилитель на полевом транзисторе класс А

   Этот усилитель достаточно сложный, не смотря на очень простую схему. Усилитель выполнен всего на одном полевом транзисторе, но настройка его достаточно трудная. Вся настройка сводится к подбору полевого транзистора и ограничителя питающего напряжения. Резистор питания подбирается с сопротивлением 22-100 ом. Принципиальная схема:

   Мощность усилителя может достигать до 5 ватт, при использовании мощных полевых транзисторов. В этой схеме можно использовать и биполярные транзисторы, но мощность в таком случае не повысит 0,2-0,5 ватт. 

   Не сказал бы, что схема может быть легко повторена, мною были собраны пять таких УНЧ и все на разных транзисторах (полевых) из них заработало как нужно только 4. Основной недостаток схемы — большое количество постоянного напряжения на выходе. Транзистор открыт во время подачи сигнал, т.е. весь период, следовательно, он будет перегреваться достаточно сильно. Питается усилитель от однополярного источника 9-14 вольт. Емкость входных и выходных конденсаторов не критичны. На выходе использован неполярный конденсатор от 0,1 до 1 мкФ, выходной от 100 до 3300 мкФ. 

   Особо рассказывать про эту схему нечего. С виду напоминает усилитель НЕЛЬСОНА ПАССА — усилитель без деталей, просто в его случае мощность усилителя повышена, за счет используемого транзистора. В таких схемах пониженное КПД, поскольку больше половины мощности превращается в бесполезное тепло. Из-за большого тепловыделения, транзистор нужно установить на теплоотвод достаточно большой площади. 


Понравилась схема — лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

Усилитель на полевом транзисторе | Основы электроакустики

Схемотехнические решения, применяемые при построении каскадов на полевых транзисторах, во многом схожи с решениями, используемыми при построении каскадов на биполярных транзисторах. Существующие особенности связаны с отличием собственных свойств этих приборов.         При построении аналоговых усилителей на полевых транзисторах наибольшее распространение получила схема каскада с общим истоком. При этом в ней, как правило, применяются либо полевые транзисторы с управляющим p-n переходом, либо МОП-транзисторы со встроенным каналом. На рис.11.13. приведена типовая схема каскада на полевом транзисторе с управляющим p-n переходом и каналом n-типа.         Начальный режим работы полевого транзистора обеспечивается постоянным током IС0и соответствующим ему постоянным напряжением на стоке UСИ0 (для биполярного транзистора IK0и UКЭ0).         Ток IС0 в выходной (стоковой) цепи устанавливается с помощью источника питания ЕПИТ и начального напряжения смещения на затворе UЗ0 отрицательной полярности (для полевого транзистора с p-каналом – положительной полярности). В свою очередь, напряжение UЗ0 обеспечивается за счет того  же самого тока IС0,  протекающего через резистор в цепи истока RИ, т.е. UЗ0=IC0RИ. Это напряжение через резистор RЗ прикладывается к затвору с полярностью, приоткрывающей транзистор. Изменяя RИ, можно изменять напряжение UЗ0 и ток стока IC0, устанавливая его требуемое значение.

Рис.11.13. Усилитель на полевом транзисторе

         Резистор, кроме функции автоматического смещения на затворе, выполняет функцию термостабилизации режима работы усилителя по постоянному току, стабилизируя IC0. Чтобы на сопротивлении RИ не выделялось напряжение за счет переменной составляющей тока стока IC (это привело бы к ООС по переменному току), его шунтируют конденсатором CИ, емкость которого определяют из условия СИ >> 1/ωRИ, где ω – частота усиливаемого сигнала.         Резистор RЗ, включенный параллельно входному сопротивлению усилителя, которое очень велико (сопротивление p-n перехода исток – затвор), должен иметь соизмеримое с ним сопротивление.         Динамический режим работы полевого транзистора обеспечивается резистором в цепи стока RC, с которого снимается переменный выходной сигнал при наличии входного усиливаемого сигнала. Обычно RC << RЗ; RЗ ≈ RВХ. Коэффициент усиления каскада на полевом транзисторе в области средних частот определяется равенством 

КU = – SRC~ ,           где S – статическая крутизна характеристики полевого транзистора; RC~ = RCRН / (RС + RН).    

         Знак «–» в выражении 11.11 указывает, что усилительный каскад с ОИ меняет фазу усиливаемого сигнала на 180º (как в усилительном каскаде с ОЭ). В этой схеме можно обеспечить любой из описанных классов усиления, однако наиболее часто она используется в режиме класса А при построении входных каскадов усилителей. Объясняется это следующими преимуществами полевого транзистора перед биполярным: — большее входное сопротивление, что упрощает его согласование с высокоомным источником сигнала;- как правило, меньший коэффициент шума, что делает его более предпочтительным при усилении слабых сигналов; — большая собственная температурная стабильность режима покоя. Вместе с тем каскады на полевых транзисторах обычно обеспечивают получение меньшего коэффициента усиления по напряжению. Из-за схожести выходных ВАХ графический анализ работы усилительного каскада на полевом транзисторе идентичен рассмотренным ранее случаям усилителя на биполярном транзисторе.

2.1 Усилители на биполярных и полевых транзисторах

2.1 Усилители на биполярных и полевых транзисторах

Схема усилителя на полевом транзисторе с p-n переходом, включенном по схеме с общим истоком, показана на рисунке 2.1.1.

Рисунок 2.1.1 Схема усилителя на полевом транзисторе

Конденсаторы Сх и С2являются разделительными: Сх препятствует связи по постоянному току источника входного сигнала и усилителя, С2 служит разделения по постоянному току цепи стока и нагрузки. Конденсатор С

и устраняет отрицательную обратную связь для переменной составляющей. Резистор R обеспечивает нулевое напряжение между затвором и общей точкой при отсутствии сигнала на входе.

В n-канальном ПТ с управляющим переходом напряжение затвор-исток должно быть отрицательным. Это достигается с помощью автоматического смещения. Цепь автоматического смещения состоит из резистора R, соеди­няющего затвор с общей точкой, и резистора R в цепи истока. Поскольку ток затвора полевого транзистора ничтожно мал, постоянная составляющая напряжения на резисторе R равна нулю и напряжение затвор-исток отрица­тельно: Uзи=-R

и*1с.

Для обеспечения высокого входного сопротивления схемы величина R выбирается большой (до нескольких МОм). Номиналы разделительных конден­саторов в усилителях на полевых транзисторах могут быть гораздо меньше, чем в схемах на биполярных транзисторах. Это объясняется тем, что входные со­противления полевых транзисторов значительно выше, чем биполярных.

Функциональная схема усилителя на биполярном транзисторе приведена на рисунке 2.1.2, а.

Рисунок 2.1.2 схема усилителя на биполярном транзисторе

а) схема, б) входная вольтамперная характеристика в) выходная вольтамперная характеристика

Резисторы

R1 и R2задают режим покоя каскада, при котором в транзисторе протекают только постоянные токи покоя базы IБп, коллектора IКп и эмиттера IЭп. На базе, коллекторе и эмиттере действуют постоянные напряжения покоя UБп, UKп, UЭп.

Конденсаторы С1 и С2 — разделительные. Конденсатор С1 препятствует протеканию постоянного тока с делителя R1, R2. Конденсатор С2 препятствует прохождению постоянного напряжения на резистор RH. На этом резисторе действует переменная составляющая коллекторного напряжения. Резистор

RЭопределяет ток покоя через транзистор при заданном напряжении UБп. Этот резистор для переменного сигнала является отрицательной обратной связью, предназначенной для стабилизации режима покоя транзистора при изменении его температуры. При увеличении (например, из-за роста температуры) тока коллектора покоя IКп возрастают ток эмиттера покоя IЭп и падение напряжения на резисторе RЭ, поскольку UЭп=IЭп*RЭ.

Так как напряжение UБп фиксировано делителем R1

R2, то с увеличением UЭп происходит закрывание транзистора. Это ведет к уменьшению коллекторного тока. Происходит автоматическая балансировка режима работы транзистора в режиме покоя.

Введение резистора RЭ изменяет работу каскада и при усилении переменного входного сигнала. Переменный ток эмиттера создает на резисторе падение напряжения UЭ=TЭ*RЭ, которое уменьшает усиливаемое напряжение. Коэффициент усиления каскада

Для исключения резистора RЭ для протекания переменного тока его необходимо шунтировать конденсатором СЭ

достаточно большой емкости. При наличии конденсатора общее сопротивление в цепи эмиттера:

где Xc=1/jωС.

Расчет параметров каскада в режиме покоя по постоянному току проводят графоаналитическим методом с использованием статических входных и выходных вольтамперных характеристик (ВАХ) (рисунок 2.1.2, б, в).

Для определения параметров выходного сигнала в динамическом режиме усиления сопротивление нагрузки RH подключается параллельно сопротивлению RK.

Общее сопротивление в цепи коллектора RK0=RK*RH/(RK+RH). При этом следует учитывать, что ХС2=0. Поскольку RK>RK0, то нагрузочная прямая проходит по линии СД.

Рассмотренный каскад дает ограниченное усиление из-за того, что сопротивление RK определяет рабочую точку на выходных характеристиках по постоянному току с учетом допустимых нелинейных искажений. С увеличением RK нелинейные искажения увеличиваются. Чтобы исключить эту зависимость, применяют динамическую коллекторную нагрузку.

Схема УНЧ на полевых транзисторах

Попробуем заставить транзисторы запеть тёплым ламповым хором.

Оппонент: Почему транзисторный и почему по ламповой схемотехнике? Не лучше ли озадачиться либо классическим ламповым усилителем, либо транзисторным по любой из существующих схем, которых в разных источниках, как грязи в болотах.

Автор: К ламповым усилителям — вообще никаких вопросов. Если не сильно пугает: гибка стальных шасси, приобретение качественных выходных трансформаторов, поиск высоковольтных кондёров и подобранных по параметрам ламп, а будучи звездонутым анодным напряжением в 400 вольт, вы найдёте не только минусы, но и плюсы, то вам дорога в спаянные ряды маньяков лампоманов.

А мы же — ребята ленивые, но умные! Поэтому озадачимся созданием УМЗЧ, полностью выполненного на мощных полевых транзисторах, являющихся, если и не полными твердотельными аналогами ламп, то имеющих близкие к ним квадратичные вольтамперные характеристики, что позволит получить нам на выходе спектр сигналов, аналогичный спектру ламповых усилителей — с преобладанием чётных гармоник и быстрым затуханием гармоник высших порядков.

Теперь по поводу расхожих транзисторных схем, которых «как грязи в болотах». Историю борьбы с феноменом транзисторного звучания, а также основные принципы построения «правильного» усилителя мощности мы подробно рассмотрели на странице ссылка на страницу. Так что для понимания схемотехнической целесообразности конструкции, описываемой в данной статье, рекомендую ознакомиться с приведённой по ссылке информацией.

Здесь же я приведу окоyчательные постулаты, следующие из обозначенного теоретического экскурса:

1. Усилитель должен быть выполнен целиком и полностью на полевых транзисторах, являющихся твердотельными аналогами ламп.
2. Никаких глубоких отрицательных обратных связей в нашем усилителе быть не должно, максимум — внутрикаскадные.
3. Усилитель должен работать в режиме А, что позволит нам достичь приемлемых величин нелинейных искажений при отсутствии обратных связей и напрочь избавит от тепловых искажений.
4. Однотактные транзисторные усилители, обеспечивающие экстремально устойчивую иллюзию звучания лампового усилителя, хороши только для выходных мощностей до 10Вт, поэтому наш выбор — классическая схема двухтактного лампового УМЗЧ, переработанная под комплементарные полевики и не содержащая выходного трансформатора. К тому же двухтактная схема позволяет в пару раз уменьшить ток покоя выходных транзисторов и тем самым во столько же раз увеличить КПД усилителя.
5. «Теория без практики мертва, а практика без теории слепа», — сказал то ли математик Пафнутий Чебышев, то ли полководец Александр Суворов, не суть.

Оппонент: Кстати, а я читал в умной книжке, что оставлять транзисторные усилители без глубоких отрицательных ОС нельзя, даже если они работают в режиме А. Причина — неидентичность и температурная нестабильность характеристик выходных комплементарных транзисторов.

Автор: Сие слова не мальчика, но мужа. Книга — это не только сундук для заначек от жены, но и источник познавательных ценностей. Каждая прочитанная страница повышает уровень интеллекта, но не избавляет от вредных привычек, таких как, например, поковыряться в носу и съесть козявку, или сделать на основании одной прочитанной книги решительные выводы.
Ведь наверняка найдётся и другая книжка, где написано, что две одинаковые лампы не обладают идентичными параметрами, их в идеале ещё надо постараться подобрать из десятка-другого, а выходной трансформатор — как не мотай, не получишь двух идеально одинаковых обмоток.

Оппонент: Я так понимаю, что транзисторы тоже придётся подбирать из десятка-другого.

Автор: Ан нет! Не угадал.
Современные полевые транзисторы, а именно такие мы будем использовать в усилителе, превосходят своих вакуумных собратьев по целому ряду параметров, в частности и по такому важному для работы в оконечных каскадах, как крутизна характеристики (10 А/В против 10-20 мА/В). Поэтому небольшие сопротивления в истоковых цепях транзисторов, не ухудшая усилительных свойств каскада, обеспечат не только температурную стабилизацию, но и подровняют характеристики комплементарной пары транзисторов, а дополнительная местная обратная связь поднимет наш оконечник на труднодостижимый для ламповых схем уровень нелинейных искажений.

Однако пора от слов переходить к делу. Для затравки приведу схему получившегося агрегата,


Рис.1

а морщить лоб, изучать характеристики и разбираться в назначении тех или иных элементов с энтузиазмом начнём уже на следующей странице.

 

Схема усилителя мощности на полевых транзисторах МОСФИТ

   СХЕМА УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ МОСФИТ

   

        Не смотря на примитивную схемотехнику данный усилитель мощности имеет довольно не плохие характеристики, приятное звучание и в середине восьмидесятых был запатентован (инфа по номеру патентаи и автору погибла вместе с жестким диском — пардон). С тех пор элементная база изменилась довольно сильно и схему получилось упростить сохранив саму идею и получив лучшие характеристики без снижения надежности. Принципиальная схема усилителя мощности с использованием полевых транзисторов в оконечном каскаде приведена на рисунке 1.


Рисунок 1 Усилитель мощности МОСФИТ. Принципиальная схема УВЕЛИЧИТЬ

    Усилитель имеет 4 подмодификации, отличающиеся друг от друга выходной мощностью и может на нагрузк 4 Ома выдавать 100, 200, 300 и 400 Вт. Конструктивно усилитель выполнен на печатной плате, причем сколько ватт выдаст усилитель зависит именно от длины платы, поскольку плата выполнена таким образом, что позволяет изменять количество устанавливаемых оконечных транзисторов.
    Данный усилитель мощности имеет предварительный буферный усилитель напряжения, выполненый на операционном усилителе TL071 и двукаскадный двухтактный усилитель мощности — именно мощности, поскольку производится усиление и по току и по напряжению. Схемотехника выходного каскада построена таким образом, что по сути представляет собой два независимых усилителя — для положительной полуволны звукового сигнала (VT1 — драйвер, VT3, VT5, VT7, VT9 — оконечники) и для отрицательной полуволны (VT2 — драйвер, VT4, VT6, VT8, VT10 — оконечники). Оба усилителя охвачены своими местными отрицательными обратными связями: R13-R9 и R14-R10, от соотношения номиналов этих резисторов и зависит коф усиления данного каскада. В данном случае он выбран таким образом, чтобы получить минимальные искажения в этом каскаде и менять номиналы не рекомендуется (R13 и R14 — лучше не менять, R9 и R10 могут быть от 27 до 43 Ом, оптимально — 33 или 39 Ом). Поскольку последний каскад усилителя работает в усилительном режиме, то входя в режим насыщение сопротивление между выходом усилителем и источником питания становится мнимально возможным (0,2-0,5 Ома). Именно это позволяет усилителю по отношению к традиционным усилителям с эмиттерными повторителями на выходе иметь значительно больший КПД, поскольку амплитуда выходного сигнала практически от напряжения питания отличается на пару вольт в отличии от усилителей с эмиттерными повторителями на выходе (рисунок 2-а амплитуда выходного сигнала данного усилителя, 2-б — амплитуда усилителя мощности VL).


Рисунок 2-а

Рисунок 2-б

    Кроме местной отрицательной обратной связи (ООС) весь усилитель охвачен другой веткой ООС — R32-R2, от номиналов которой зависит коф усиления всего усилителя. В данном случае коф усиления при этих номиналах равен Ku = R32 / (R2 + 1) . При указананных на схеме номиналах коф усиления составляет примерно 48 раз или чуть больше 33 дБ, а уровень THD не превышает 0,04% при выходной мощности 300 Вт (4 пары оконечных транзисторов и питание ±65 В).
    Перечень необходимых для самостоятельной сборки усилителя мощности элементов сведен в таблицу:

C4,C3 = 2 x 470.0u х 25V
C9,C10 = 2 x 470.0u x 100V
C6,C7,C2 = 3 x 1.0u x63V
C5 = 1 x 100p
C1 = 1 x 680p
C8 = 1 x 0.1u

R1,R32 = 2 x 47k
R23,R22,R27, R26,R31,R30,R19,R18 = 8 x 5W 0.33
R20,R21,R24, R25,R28,R29,R15,R17 = 8 x 39
R13,R14 = 2 x 820
R9,R10 = 2 x 0.5W 33
R11,R12 = 2 x 0.5W 220
R7,R8 = 2 x 22k
R5,R6 = 2 x 2k
R3,R4 = 2 x 1W-2W 2.7k
R2 = 1 x 1k
R16 = 1 x 1W-2W 3.6

VD2,VD1 = 2 x 15V (стабилитроны на 1,3W)
VD3,VD4 = 2 x 1N4148

VT1 = 1 x BD139
VT2 = 1 x BD140
VT6,VT8,VT10,VT4 = 4 x IRFP240
VT5,VT7,VT9,VT3 = 4 x IRFP9240

X1 = 1 x TL071
X2 = 1 x 4.7k

Усилитель мощности на полевых транзисторах МОСФИТ усилитель на полевых транзисторах для сабвуфера простой усилитель мощности самостоятельная сборка усилителя мощности на полевых транзисторах

    Чертеж печатной платы в формате LAY можно скачать здесь, расположение деталей на плате показано на рисунке 3.


Рисунок 3 Расположение деталей на печатной плате усилителя мощности МОСФИТ УВЕЛИЧИТЬ
ВЗЯТЬ В ФОРМАТЕ LAY

    Внешний вид собранного варианта усилителя мощности на 400 Вт с полевыми транзисторами IRFP240 и IRFP9240 показан на рисунке 4. На плате установлены оригинланые транзисторы и подбирать их по параметрам практически не пришлось — было достаточно, что они из одной партии. В данном усилителе мощности одинаковоть параметров наиболее актуальна, поскольку транзисторы работают в усилительно режиме.


Рисунок 4 Внешний вид усилителя мощности МОСФИТ на 400 Вт

    Как видно из фотографии оконечные транзисторы установлены не совсем традиционно — они развернуты внутрь платы и крепятся к теплоотводу через имеющиеся в плате отвертия, диаметр которых позволяет пропустить через них крепеж вместе с головкой (винты или саморезы диаметром 3 мм). Такая компjновка позволила существенно сократить размеры печатной платы усилителя.
    Из особеностей усилителя так же следует отметить, что фланцы оконечных транзисторов соеденены между собой и выходом усилителя, поэтому при использовании небольших теплоотводов с принудительным охлаждением можно не использовать диэлектрические прокладки а изолировать радиатор от корпуса. При использование теплоотводов с естественной конвекцией воздуха размеры теплоотвода уже становяться довольно большими и подавать на них выход усилителя не рекомендуется — слишком большие наводки он будет создавать, что при неудачном монтаже плат в корпусе может вызвать возбуждение усилителя даже не смотря на его довольно жесткую устойчивость.

        На рисунке 5 и 6 приведены схемы усилителя с картами напряжений для варианта усилителя на 200 Вт при напряжении питания усилителя ±45 В и двумя парами оконечных транзисторов и усилителя на 400 Вт при напряжении питания ±65 В. Оба варианта нагружены на эквивалент акустической системы (желтый прямоугольник) и используют в качестве источника питания не идеальные источники питания, имеющие свое собственное сопротивление.


Рисунок 5 Карта напряжений усилителя мощности на 200 Вт и питании ±45В


Рисунок 6 Карта напряжений усилителя мощности на 400 Вт и питании ±65В

    Пожалуй стоит заметить, что в модели использовались транзисторы IRF640-IRF9640, как ближайшие аналоги IRFP240-IRFP9240, но с меньшей мощностью рассеиваниея кристалом тепла, поскольку имеют корпус ТО-220 против ТО-247. Тем не менее IRF640-IRF9640 в симмуляторе полностью справились с возлагаемыми на них задачами, а так же могут быть использованы в усилителе в качестве оконечных транзисторов. Однако, при использовании корпусов ТО-220 не следует забывать, что можность одного корпуса ТО-220 не должна превышать 60 Вт, в отличии от корпуса ТО-247 — до 100-120 Вт. Другими словами — при использовании в качестве оконечных транзисторов IRF640-IRF9640 с усилителя с четырмя парами снимать более 240 Вт не рекомендуется.
    На рисунках 7 и 8 схемы усилителей с картами токов, потекающих через каждый элемент усилителя в режиме покоя (входной сигнал отсутствует).


Рисунок 7 Карта токов усилителя мощности при напряжении питания ±45 В.


Рисунок 8 Карта токов усилителя мощности при напряжении питания ±65 В.

    Ток покоя оконечного каскада следует выставлять в пределах 30-40 мА — этого вполне достаточно для полного исчезновения искажений «ступенька» и технологического запаса на повышение напряжения питания. Пожалуй об этом стоит сказать отдельно:
    Данный усилитель не имеет ни каких токостабилизирующих цепочек, следовательно при изменении напряжения питания будут изменяться и режимы работы оконечного каскада — при увеличении питания ток покоя будет увеличиваться, при снижении — уменьшаться. Особого значения это не имеет, если напряжение сети изменяется в пределах 5% или для усилителя используется стабилизированный блок питания, но если напряжение питания сети снизится на 10 %, что на перефирии случается довольно часто, то на выходе усилителя уже гарантированно появится ступенька, а если повысится на 10%, то ток покоя уже будет составлять 0,45 А, а выделяемая на каждом транзисторе мощность (при питании ±65 В + 10% и четырех парах оконечников) составит порядка 30 Вт, что в итоге вызовет выделение тепла порядка 200 Вт, причем это на холостом ходу.
    Именно по этой причине рекомендуется этот усилитель использовать в качестве широкополосного при не изменном напряжении питания, либо в качестве усилителя для сабвуфера и установкой тока покоя в пределах 15-20 мА. При снижении питания появившуюся «ступеньку» низкочастотная динамическая головка просто не в состоянии воспроизвести за счет инерционности дифузора, а при повышении ток покоя останеться в пределах допустипого и такого сильного разогрева теплоотвода не произойдет.
    В качестве термостабилизирующих элементов используются диоды VD3-VD4, которые могут быть установлены как на радиатор, так и оставаться на печатной плате — мгновенного разогрева все равно не происходит, поэтому скорости разогрева платы, установленной над радиатором вполне хватает. На рисунке 8 показаны тока, протекающие в каскадах при температуре 20°С, а на рисунке 9 — при температуре 60°С, т.е. температура увеличилась в 3 раза.


Рисунок 8 Токи в каскадах усилителя мощности при температуре 20°С


Рисунок 9 Токи в каскадах усилителя мощности при температуре 60°С

    Поскольку оконечный каскад усилителя имеет свой собственный коф усиления ОЧЕНЬ важно обеспечить на входе этого каскада напряжение максимально приблежонное к нулю, поскольку как видно из рисунков 5 и 6 постоянное напряжение на выходе операционного усилителя величиной в 13 мВ на выходе усилителя уже приобретает величину в 66 мВ, т.е. увеличивается практически в 5 раз. Микросхемы от различных производителей имеют разное напряжение постоянной составляющей на выходе усилителя соответсвенно будет тоже отличаться довольно значительно и если постоянное напряжение на выходе усилителя больше 0,05-0,08 В, то придется либо искать микросхему другого типа, либо другого производителя, причем не гарантия, что новая микросхема будет по этим параметрам лучше той, которая уже стоит.
    Поэтому стоит обратиться в даташнику на TL071, в котором имеется принципиальная схема самого операционного усилителя. Изучив внимаетльно описание становится понятным, что производитель предусмотрел подобную ситуацию и вполне разумно вывел точки балансировки на выводы микросхемы (выводы 1 и 5 рисунка 10).


Рисунок 10 Принципиальная схема операционного усилителя TL071

    Подстроечный резистор лучше выбрать многооборотным и установить его непосредственно на корпус микросхемы распаяв выводы резистора на балансирующие выводы микросхемы, а движок резистора соединить с минусовым выводом питания.
    Мнение о том, что постоянное напряжение может возникать из за разбросов параметров транзисторов драйверного каскада не совсем верно. Усилитель мощности охвачен довольно хорошей ООС и посотянное напряжение остается не изменным даже при использовании не комплементарных пар в драйверном каскаде, а так же при отличии номаналов резисторов R9 и R10 на 10 % относительно необходимых (R9 составлял 36 Ом, а R10 — 30 Ом). Во всех экспериментах только увеличивался уровень THD, но ни как не изменялась величина постоянного напряжения на выходе усилителя.
    Модели для МИКРОКАП-8 можно взять ЗДЕСЬ.

 

        Несколько слов об ошибках монтажа:
    В целях улучшения читаемости схем расмотрим усилитель мощности с двумя парами оконечных полевых транзисторов и питании ±45 В.
    В качестве первой ошибки попробуем «запаять» стабилитроны VD1 и VD2 не правильной полярностью (правильное включение показано на рисунке 11). Карта напряжений приобретет вид, показанный на рисунке 12.


Рисунок 11 Цоколевка стабилитронов BZX84C15 (впрочем и на диодах цоколевка такая же).


Рисунок 12 Схема усилителя с картой напряжений при неправильном монтаже стабилитронов VD1 и VD2.

    Данные стабилитроны нужны для формирования напряжения питания операционного усилителя и выбраны на 15 В исключительно из за того, что это напряжение является для данного операционного усилителя оптимальным. Работоспособность без потери качества усилитель сохраняет и при использовании рядом стоящих по линейке номиналов — на 12 В, на 13 В, на 18 В (но не более 18 В). При неправильном монтаже вместо положенного напряжения питания опреционный усилитель получает лишь напряжение падения на n-p переходе стаблитронов. Ток покая регулируется нормально, на выходе усилителя присутсвует небольшое постоянное напряжение, выходной сигнал отсутсвует.
    Так же возможен не правильный монтаж диодов VD3 и VD4. В этом случае ток покоя ограничивается лишь номиналами резисторов R5, R6 и может достигать критической величины. Сигнал на выходе усилителя будет, но довольно быстрый нагрев оконечных транзисторов однозначно повлечет их перегрев и выход усилителя из строя. Карта напряжений и токов дляэтой ошибки показаны на рисунка 13 и 14.


Рисунок 13 Карта напряжений усилителя при неправильном монтаже диодов термостабилизации.


Рисунок 14 Карта токов усилителя при неправильном монтаже диодов термостабилизации.

    Следующей популярной ошибкой монтажа может быть неправильный монтаж транзисторов предпоследнего каскада (драйверов). Карта напряжений усилителя в этом случае приобретает вид, показанный на рисунке 15. В этом случае транзисторы оконечного касада полностью закрыты и на выходе усилителя наблюдается отсутсвие каких либо признаков звука, а уровень постоянного напряжения максимально приближен к нулю.


Рисунок 15 Схема усилителя с картой напряжений при неправильном монтаже транзисторов драйверного каскада.

    Далее самая опасная ошибка — попутаны местами транзисторы драйверного каскада, причем цоколевка тоже попутана в следствии чего прилагаемое к выводам транзисторов VT1 и VT2 является верным и они работают в режиме эмиттерных повторителей. В этом случае ток через оконечный каскад зависит от положения движка подстроечного резистора и может быть от 10 до 15 А, что в любом случае вызовет перегрузку блока питания и быстрый разогрев оконечных транзисторов. На рисунке 16 показаны токи при среднем положении подстроечного резистора.


Рисунок 16 Карта токов при неправильном монтаже транзистров драйверного каскада, цоколевка тоже попутана.

    Запаять «наоборот» вывода оконечных полевых транзисторов IRFP240 — IRFP9240 врядли получится, а вот поменять их местами получается довольно часто. В этом случае установленные в транзисторах диоды получаются в нелегкой ситуации — прилагаемое к ним напряжение имеет полярность соответсвующую их минимальному сопротивлению, что вызывает максимальное потребление от блока питания и как быстро они выгорят больше зависит от удачи чем от законов физики.
    Фейверк на плате может случиться еще по одной причине — в продаже мелькают стабилитроны на 1,3 Вт в корпусе таком же как у диодов 1N4007, поэтому перед монтажом стабилитронов в плату, если они в черном корпусе стоит повнимательней ознакомиться с надписями на корпусе. При монтаже вместо стабилитронов диодов напряжение питания операционного усилителя ограничено лишь номиналами резисторов R3 и R4 и потребляемым током самого операционного усилителя. В любом случае получившаяся величина напряжения значительно больше максимального напряжения питания для данного ОУ, что влечет его выход из строя иногда с отстрелом части корпуса самого ОУ, ну а дальше возможно появление на его выходе постоянного напряжения, близкого в напряжению питания усилителя, что повлечет появление постоянного напряжения на выходе самого усилителя мощности. Как правило оконечный каскад в этом случае остается работоспособным.
    Ну и на последок несколько слов о номиналах резисторов R3 и R4, которые зависят от от напряжения питания усилителя. 2,7 кОм является наиболее универсальным, однако при питании усилителя напряжением ±80 В (только на 8 Ом нагрузку) данные резисторы будут рассеивать порядка 1,5 Вт, поэтому его необходимо заменить на резистор 5,6 кОм или 6,2 кОм, что снизит выделяемую тепловую мощность до 0,7 Вт.


Э   К   Б BD135;  BD137  

З   И   С IRF240 — IRF9240

    Данный усилитель заслуженно обрел своих поклоников и начал обретать новые версии. Прежде всего изменению подверглась цепочка формирования напряжения смещения первого транзисторного каскада. Кроме этого в схему была введена защита от перегрузки.
    В результате доработок принципиальная схема усилителя мощности с полевыми транзисторами на выходе приобрела следующий вид:


УВЕЛИЧИТЬ

    Варианты печатной платы приведены в графическом формате (необходимо масштабировать). Автором данной печатной платы являюсь не я, поэтому в формате LAY у меня ее нет.

 

 

 

 

    Внешний вид получившейся модификации усилителя мощности приведен на фотографиях ниже:

    Осталось в эту бочку меда плескануть ложку дегтя…
    Дело в том, что используемые в усилителе полевые транзисторы IRFP240 и IRFP9240 прекратила выпуск фирма разработчик International Rectifier (IR), которая прилагала больше внимания к качеству выпускаемой продукции. Основная проблема этих транзисторов — они разрабатывались для использования в источниках питания, но оказались вполне пригодными для звуковой усилительной аппаратуре. Повышенное внимание к качеству выпускамых компонентов со стороны International Rectifier позволяло не производя подбор транзисторов включать параллельно несколько транзисторов не беспокоясь об отличиях характеристик транзисторов — разброс не превышал 2%, что вполне приемлемо.
    На сегодня транзисторы IRFP240 и IRFP9240 выпускаются фирмой Vishay Siliconix, которая не так трепетно относится к выпускаемой продукции и параметры транзисторов стали пригодными лишь для источников питания — разброс «коф усиления» транзисторов одной партии превышает 15%. Это исключает параллельное включение без предварительного отбора, а количество протестированных транзисторов для выбора 4 одинаковы переваливает несколько десятков экземпляров.
    В связи с этим перед сборкой данного усилителя прежде всего следует выяснить какой фирмы транзисторы вы может достать. Если в Ваших магазинах в продаже Vishay Siliconix, то настоятельно рекомендуется отказаться от сборки данного усилителя мощности — Вы рискуете довольно серьезно потратиться и ни чего не добиться.
    Однако и работа по разработке «ВЕРСИИ 2» этого усилителя мощности и отсутствие приличных и не дорогие полевых транзисторов для выходного каскада заставили немного поразмышлять над будущим этой схемотехники. В результате был смоделирована «ВЕРСИЯ 3», использующая вместо полевых транзисторов IRFP240 — IRFP9240 фирмы Vishay Siliconix биполярную пару от TOSHIBA — 2SA1943 — 2SC5200, которые на сегодня еще вполне приличного качества.
    Принципиальная схема нового варианта усилителя вобрала доработки «ВЕРСИИ 2» и притерпела изменения в выходном каскаде, позволив отказаться от использования полевых транзисторов. Принципиальная схема приведена ниже:


Принципиальная схема усилителя с использованием полевых транзисторов в качестве повторителей УВЕЛИЧИТЬ

    В данном варианте полевые транзисторы сохранились, но они используются в качестве повторителей напряжения, что существенно разгружает драйверный каскад. В систему защиты введена небольшая положительная связь, позволяющая избежать возбуждение усилителя мощности на границе срабатывания защиты.
    Печатная плата так и не была разработана до финального варианта, поэтому только могу предложить график измерения THD, полученный МИКРОКАП. Подробнее о данной программе можно почитать ЗДЕСЬ.

        Так же были проведены тесты с использованием одной пары полевиков в оконечном каскаде типа IRF630-IRF9630 и питанием от ±20 вольт. Усилитель позиционировался как усилитель для наушников и показал превосходнийшие результаты — качество звучания впечатлило, прослушивалось на наушниках Sennheiser HD 558 (брал у знакомого) и аудикарте ASUS Xonar DX (это уже своя). Детализация просто потрясающая, ни где ни чего не зажато. В общем пока сидел в наушниках пол закапал слюной, но мне пока такие не по карману…

   

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ УСИЛИТЕЛИ
УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ НА МИКРОСХЕМАХ
УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ НА ТРАНЗИСТОРАХ

   

 


Адрес администрации сайта: [email protected]
   

 

Каскадные усилители на полевых транзисторах

Каскодное включение полевого и биполярного транзисторов позволяет получить сочетание лучших свойств тех и других транзисторов.

Схемы соединения полевого и биполярного транзисторов

На рис. 1 — 6 приведены отобранные практикой схемы соединения полевого и биполярного транзисторов, систематизированные в сборнике схем Б.И. Горошкова. Они имеют высокое, характерное для полевых транзисторов, входное сопротивление и низкое, присущее биполярным транзисторам, выходное.

Рис. 1. Схема соединения полевого и биполярного транзисторов.

Рис. 2. Схема соединения полевого и биполярного транзисторов — вариант 2.

Коэффициент усиления (передачи) таких каскадов можно вычислить по формулам. В этих формулах Куи — коэффициент усиления каскада по напряжению; h31э (или Р) — коэффициент передачи биполярного транзистора по току; S — крутизна характеристики полевого транзистора (мА/В) RH — сопротивление нагрузки (кОм).

Ориентировочные, численные значения h31э и S можно найти в справочниках или паспортных данных; реальные же значения могут заметно отличаться от «теоретических».

Рис. 3. Схема соединения полевого и биполярного транзисторов — вариант 3.

Рис. 4. Схема соединения полевого и биполярного транзисторов — вариант 4.

Рис. 5. Схема соединения полевого и биполярного транзисторов — вариант 5.

Как следует из сопоставления формул, каскады усиления (рис. 1, 3, 5, 6) имеют коэффициент усиления (передачи), равный произведению отдельно взятых коэффициентов передачи транзисторов, входящих в каскад. Каскады (рис. 2, 4) имеют коэффициент передачи, практически равный единице.

Рис. 6. Схема соединения полевого и биполярного транзисторов — вариант 6.

Каскадное (двух, трех или более «этажное» включение полевых и/или биполярных транзисторов) позволяет простыми средствами добиться высокого коэффициента передачи, ослабить проникновение входного сигнала на выход усилителя, упростить схему в целом, повысить устойчивость ее работы, повысить максимальное значение напряжения питания и амплитуду выходного сигнала, соответственно.

Каскадные усилители с двумя полевыми транзисторами

«Двухэтажные» каскадные усилители требуют удвоения напряжения питания по сравнению с обычным включением транзисторов, при этом ток, потребляемый схемой, снижается вдвое.

Рис. 7. Приблизительный эквивалент микросхемы К140УД7 на двух полевых транзисторах КП303.

На рис. 7 показана схема, позволяющая проимитировать довольно сложную по внутренней структуре аналоговую микросхему низкочастотного усилителя К140УД7 [Р 1/79-44].

Полноценной такую замену считать, разумеется, не следует (особенно в части коэффициента усиления). Однако использование эквивалента микросхемы, выполненного на дискретных элементах, в ряде случаев может быть оправдано. Резистор R2 подбирают до установления на выходе аналога микросхемы нулевого напряжения при питании устройства от двухпо-лярного источника.

Каскадные схемы широкополосных

Каскадные схемы широкополосных усилителей на полевых и биполярных транзисторах, включенных последовательно по постоянному току, приведены на рис. 8 — 16 [А.Г. Милехин, Р 9/72-38].

В качестве динамической нагрузки полевого транзистора VT1 используется активный элемент — полевой или биполярный транзистор VT2, внутреннее сопротивление которого зависит от амплитуды сигнала на стоке транзистора VT1.

Рис. 8. Каскадная схема широкополосного усилителя на двух транзисторах КП103.

Рис. 9. Каскадная схема широкополосного усилителя на двух транзисторах КП103Ж.

Транзистор VT1 включен по схеме с общим истоком, транзистор VT2 — с общим стоком (рис. 8 — 10). При таком сочетании первый каскад имеет коэффициент усиления по напряжению близкий к единице, благодаря чему он обладает большим запасом устойчивости.

Рис. 10. Каскадная схема широкополосного усилителя на КП103М с ВЧ дросселем.

Кроме того, схема с общим истоком обладает значительным коэффициентом усиления по мощности, что способствует снижению шума двухкаскадного усилителя. Второй каскад, обладая большим коэффициентом устойчивого усиления, позволяет получить необходимое усиление по напряжению. 

Рис. 11. Каскадная схема широкополосного усилителя на КТ361 и КП103Ж.

Наиболее простая схема (рис. 5.8) содержит всего 5 элементов, включая переходные конденсаторы. Несколько усложненный вариант усилителя (с включением в цепь истока каждого полевого транзистора сопротивления смещения) показан на рис. 5.9.

Основные характеристики схемы (рис. 11) соответствуют аналогичным для схемы (рис. 9), коэффициент усиления по напряжению незначительно возрастает, но в целом схема заметно усложняется.

На рис. 12 показан пример практической реализации усилительного каскада, выполненного на основе полевого и биполярного транзисторов (см. также рис. 1).

Рис. 12. Каскадная схема широкополосного усилителя на КТ315 и КП303Г.

Рис. 13. Каскадная схема широкополосного усилителя на двух транзисторах.

Для расширения частотного диапазона входного сигнала в качестве сопротивления в цепи истока верхнего (по схеме на рис. 10) полевого транзистора дополнительно может быть включен высокочастотный дроссель — элемент, реактивное сопротивление которого возрастает с ростом частоты.

Коэффициент усиления каскада в области низких частот (рис. 8) при использовании полевых транзисторов типа КП103Ж достигает 40 дБ при низком уровне шумов.

Коэффициент усиления по напряжению в диапазоне низких частот (от 10 Гц до 10 кГц) каскада на рис. 9 составляет 130 [А.Г. Милехин]. Максимальный выходной сигнал при напряжении питания 9 В может доходить до 1,4 В. Схема на рис. 11 имеет динамическую нагрузку полевого транзистора, в качестве которой применен биполярный транзистор.

Рис. 14. Каскадная схема широкополосного усилителя на трех транзисторах.

Рис. 15. Широкополосный усилитель на двух транзисторах КП103М и одном ГТ313В.

Рис. 16. Широкополосный усилитель на германиевом транзисторе и двух полевых.

В соответствии со сведениями, систематизированными в литературе [Р 9/72-38], можно привести сводную таблицу 1, характеризующую свойства каскадных усилителей в сопоставимых условиях измерения (для транзисторов КП103М), см. рис. 8 — 10, 13 — 16.

Таблица 1.

Апериодический и резонансные каскады усиления

Апериодический и резонансные каскады усиления с каскадным включением транзисторов показаны на рис. 17 — 19 [Р 5/75-54].

Рис. 17. Апериодический каскад усиления с каскадным включением транзисторов.

Резонансный двухкаскадный усилитель на транзисторах (рис. 18) в области частот до 500 кГц имеет устойчивое и не зависящее от частоты усиление по напряжению (порядка 20…25 раз) при использовании относительно низкочастотных транзисторов типа КП103И.

При их замене более высокочастотными (типа КП303 и сменой полярности источника питания) схема усилителя может работать для усиления сигналов в диапазонах коротких и средних волн.

Рис. 18. Резонансный двухкаскадный усилитель на транзисторах.

 

Рис. 19. Вторая схема каскадного резонансного усилителя.

Вторая схема каскадного резонансного усилителя (рис. 19) позволяет получить на частоте 12,5 МГц коэффициент усиления до 18.. .20. Для более низких частот (в диапазоне длинных и средних волн) коэффициент усиления по напряжению возрастает до 100 и выше. От источника питания усилитель потребляет ток 3…4 мА.

На основе схем усилителей, приведенных на рис. 18, 19, могут быть созданы узкополосные высокочастотные усилители с одновременно перестраиваемыми на входе и выходе устройства идентичными колебательными контурами или фильтрами.

Интересным схемотехническим решением, позволяющим заметно выиграть в соотношении сигнал/шум, создав таким образом сверхмалошумящие усилители, является параллельное включение в нижнем плече схемы нескольких однотипных транзисторов [ПТЭ 1/78-88].

Общий коэффициент усиления транзисторов суммируется. В то же время уровень шумов возрастает только пропорционально корню квадратному из числа параллельно включенных транзисторов. В итоге, если включить параллельно 4 транзистора, соотношение сигнал/шум улучшится в 2 раза; при девяти транзисторах — в 3 раза и т.д.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Схема усилителя с общим источником на полевом транзисторе

»Примечания по электронике

Схема усилителя на полевом транзисторе с общим истоком — одна из наиболее часто используемых, обеспечивающая усиление по току и напряжению, а также удовлетворительное входное и выходное сопротивление.


Конструкция схемы полевого транзистора, полевого транзистора Включает:
Основы проектирования схемы полевого транзистора Конфигурации схемы Общий источник Общий дренажный / истоковый повторитель Общие ворота


Конфигурация полевого транзистора с общим источником, вероятно, является наиболее широко используемой из всех конфигураций схемы полевого транзистора для многих приложений, обеспечивая высокий уровень универсальных характеристик.

Схема общего источника обеспечивает средние уровни входного и выходного сопротивления. Прирост как по току, так и по напряжению можно охарактеризовать как средний, но выходной сигнал обратен входному, то есть изменение фазы на 180 °. Это обеспечивает хорошую общую производительность и поэтому часто считается наиболее широко используемой конфигурацией.

Конфигурация схемы на полевом транзисторе с общим истоком

Сводка характеристик усилителя на полевом транзисторе с общим истоком

В таблице ниже приведены основные характеристики усилителя с общим источником.


Характеристики усилителя с общим источником
Параметр Характеристики усилителя
Коэффициент усиления по напряжению Средний
Текущая прибыль Средний
Прирост мощности Высокая
Соотношение фаз вход / выход 180 °
Входное сопротивление Средний **
Выходное сопротивление Средний

** Примечание: входное сопротивление для самого полевого транзистора очень велико, поскольку он практически не потребляет ток.

Типовая схема усилителя с общим источником

На приведенной ниже схеме показан типичный усилитель с общим источником с включенными конденсаторами смещения, а также конденсаторами связи и байпаса.

Базовый усилитель с общим источником на полевых транзисторах

Входной сигнал поступает через C! — этот конденсатор гарантирует, что на затвор не будет воздействовать какое-либо постоянное напряжение, поступающее с предыдущих каскадов. Резистор R1 удерживает затвор под потенциалом земли. Значение T обычно может составлять около 1 МОм. Резистор R2 создает напряжение на нем, удерживая источник выше потенциала земли.C2 действует как байпасный конденсатор, обеспечивая дополнительное усиление при переменном токе.

Резистор R3 создает на нем выходное напряжение, а C3 передает переменный ток на следующий каскад, блокируя постоянный ток.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Возврат в меню проектирования схем.. .

Усилитель JFET с общим истоком, JFET с общим истоком

Цепи транзисторных усилителей, такие как усилитель с общим эмиттером, сделаны с использованием биполярных транзисторов, но усилители малых сигналов также могут быть изготовлены с использованием полевых транзисторов. Эти устройства имеют преимущество перед биполярными транзисторами в том, что они имеют чрезвычайно высокий входной импеданс и низкий уровень шума на выходе, что делает их идеальными для использования в схемах усилителей с очень слабыми входными сигналами.

Схема усилителя, основанная на соединительном полевом транзисторе или JFET (N-канальный полевой транзистор в данном руководстве) или даже на металлооксидном кремниевом полевом транзисторе или MOSFET, полностью совпадает с принципом работы биполярного транзистора. Схема, используемая для схемы усилителя класса A, которую мы рассмотрели в предыдущем уроке.

Во-первых, необходимо найти подходящую точку покоя или «точку Q» для правильного смещения схемы усилителя JFET с конфигурациями с одним усилителем: общий исток (CS), общий сток (CD) или исток-повторитель (SF). ) и общий затвор (CG), доступный для большинства устройств на полевых транзисторах.

Эти три конфигурации усилителя JFET соответствуют конфигурациям с общим эмиттером, эмиттерным повторителем и с общей базой с использованием биполярных транзисторов. В этом руководстве по усилителям на полевых транзисторах мы рассмотрим популярный усилитель на полевых транзисторах с общим истоком , так как это наиболее широко используемая конструкция усилителя на полевых транзисторах.

Рассмотрим приведенную ниже конфигурацию схемы усилителя на полевом транзисторе с общим истоком.

Усилитель на полевом транзисторе с общим истоком

Схема усилителя состоит из N-канального JFET, но устройство также может быть эквивалентным N-канальным MOSFET в режиме обеднения, поскольку принципиальная схема будет такой же, как только изменение в FET, подключенном в конфигурации с общим источником.Напряжение Vg на затворе полевого транзистора смещается через схему делителя потенциала, установленную резисторами R1 и R2, и смещается для работы в пределах своей области насыщения, которая эквивалентна активной области биполярного переходного транзистора.

В отличие от схемы на биполярном транзисторе, переходной полевой транзистор практически не потребляет входной ток затвора, что позволяет рассматривать затвор как разомкнутую цепь. Тогда кривые входных характеристик не требуются. Мы можем сравнить JFET с биполярным переходным транзистором (BJT) в следующей таблице.

Сравнение JFET и BJT

Соединительный полевой транзистор Транзистор биполярный
Ворота, (G) База, (B)
Слив, (D) Коллектор, (C)
Источник, (S) Излучатель, (E)
Подача затвора, (V G ) Базовая поставка, (V B )
Дренажная линия, (V DD ) Подача коллектора, (V CC )
Ток утечки, (I D ) Ток коллектора, (I C )

Поскольку N-канальный полевой транзистор JFET работает в режиме обеднения и обычно находится в состоянии «ВКЛ», для модуляции или управления током стока требуется отрицательное напряжение затвора по отношению к истоку.Это отрицательное напряжение может быть обеспечено смещением от отдельного источника питания или устройством самосмещения, пока постоянный ток течет через JFET, даже когда нет входного сигнала, а Vg поддерживает обратное смещение затвор-исток pn. соединение.

В нашем простом примере смещение обеспечивается цепью делителя потенциала, позволяющей входному сигналу вызывать падение напряжения на затворе, а также повышение напряжения на затворе с синусоидальным сигналом. Любая подходящая пара номиналов резисторов в правильных пропорциях будет давать правильное напряжение смещения, поэтому напряжение смещения затвора постоянного тока Vg задается как:

Обратите внимание, что это уравнение определяет только соотношение резисторов R1 и R2, но для того, чтобы воспользоваться преимуществом очень высокого входного импеданса полевого транзистора, а также уменьшить рассеиваемую мощность в цепи, нам необходимо сделать эти значения резисторов равными как можно более высокое, со значениями порядка от 1 МОм до 10 МОм.

Входной сигнал (Vin) усилителя JFET с общим истоком подается между выводом затвора и шиной нулевого напряжения (0v). При постоянном значении напряжения затвора Vg полевой транзистор JFET работает в своей «омической области», действуя как линейное резистивное устройство. Схема стока содержит нагрузочный резистор Rd. На этом сопротивлении нагрузки создается выходное напряжение Vout.

Эффективность усилителя на полевом транзисторе с общим истоком можно повысить, добавив резистор Rs, включенный в вывод истока, с тем же током стока, протекающим через этот резистор.Резистор Rs также используется для установки «точки Q» JFET усилителей.

Когда JFET полностью включен, на этом резисторе возникает падение напряжения, равное Rs * Id, в результате чего потенциал клеммы истока превышает 0 В или уровень земли. Это падение напряжения на Rs из-за тока стока обеспечивает необходимое условие обратного смещения на резисторе затвора, R2 эффективно генерирует отрицательную обратную связь.

Итак, чтобы поддерживать обратное смещение перехода затвор-исток, напряжение истока Vs должно быть выше напряжения затвора Vg.Следовательно, это напряжение источника задается как:

Тогда ток стока, Id, также равен току источника, Is, поскольку «Нет тока» поступает на клемму затвора, и это может быть указано как:

Эта схема смещения делителя потенциала улучшает стабильность схемы усилителя на полевом транзисторе с общим истоком при питании от одного источника постоянного тока по сравнению с схемой смещения с фиксированным напряжением. И резистор Rs, и шунтирующий конденсатор источника Cs в основном выполняют ту же функцию, что и эмиттерный резистор и конденсатор в схеме усилителя на биполярном транзисторе с общим эмиттером, а именно для обеспечения хорошей стабильности и предотвращения снижения потери усиления по напряжению.Однако цена, уплаченная за стабилизированное напряжение покоя на затворе, состоит в том, что большая часть напряжения питания падает на Rs.

Значение в фарадах шунтирующего конденсатора источника обычно довольно велико, выше 100 мкФ, и оно будет поляризованным. Это дает конденсатору значение импеданса намного меньшее, менее 10% крутизны, gm (коэффициент передачи, представляющий усиление) устройства. На высоких частотах байпасный конденсатор действует как короткое замыкание, и источник будет эффективно подключен непосредственно к земле.

Базовая схема и характеристики усилителя на полевом транзисторе с общим истоком очень похожи на схему и характеристики усилителя с общим эмиттером. Линия нагрузки постоянного тока создается путем соединения двух точек, относящихся к току стока, Id и напряжению питания, Vdd с учетом того, что, когда Id = 0: (Vdd = Vds) и когда Vds = 0: (Id = Vdd / R L ). Линия нагрузки, таким образом, является пересечением кривых в точке Q следующим образом.

Кривые характеристик усилителя на полевом транзисторе с общим истоком

Как и в случае биполярной схемы с общим эмиттером, линия нагрузки постоянного тока для усилителя JFET с общим истоком создает уравнение прямой линии, градиент которого задается как: -1 / (Rd + Rs) и пересекает вертикальную ось Id в точке A, равной к Vdd / (Rd + Rs).Другой конец линии нагрузки пересекает горизонтальную ось в точке B, которая равна напряжению питания Vdd.

Фактическое положение точки Q на линии нагрузки постоянного тока обычно располагается в средней центральной точке линии нагрузки (для работы класса A) и определяется средним значением Vg, которое имеет отрицательное смещение, поскольку JFET устройство режима истощения. Как и у биполярного усилителя с общим эмиттером, выходной сигнал усилителя с общим истоком JFET сдвинут по фазе на 180, или по фазе входного сигнала.

Одним из основных недостатков использования JFET в режиме истощения является то, что они должны иметь отрицательное смещение. Если это смещение отсутствует по какой-либо причине, напряжение затвор-исток может возрасти и стать положительным, что приведет к увеличению тока стока, что приведет к отказу напряжения стока, Vd.

Кроме того, высокое сопротивление канала Rds (вкл.) Переходного полевого транзистора в сочетании с высоким током стока в установившемся состоянии приводит к тому, что эти устройства сильно нагреваются, поэтому требуется дополнительный радиатор. Однако большинство проблем, связанных с использованием полевых транзисторов JFET, можно значительно уменьшить, если вместо них использовать полевые МОП-транзисторы с расширенным режимом работы.

Полевые транзисторы

MOSFET или Metal Oxide Semiconductor FET имеют гораздо более высокий входной импеданс и низкое сопротивление каналов по сравнению с эквивалентным JFET. Кроме того, устройства смещения для полевых МОП-транзисторов различны, и если мы не смещаем их положительно для устройств с N-каналом и отрицательно для устройств с каналом P-типа, ток стока не будет течь, то мы получим отказоустойчивый транзистор.

Усилитель с полевым транзистором JFET, коэффициент усиления по току и мощности

Ранее мы говорили, что входной ток Ig усилителя JFET с общим истоком очень мал из-за чрезвычайно высокого импеданса затвора Rg.Таким образом, усилитель на полевом транзисторе с обычным источником имеет очень хорошее соотношение между его входным и выходным импедансами, и для любой величины выходного тока I OUT усилитель с полевым транзистором будет иметь очень высокий коэффициент усиления по току Ai.

Из-за этого усилители на полевых транзисторах с обычным источником чрезвычайно ценны в качестве схем согласования импеданса или используются в качестве усилителей напряжения. Аналогично, поскольку: мощность = напряжение x ток (P = V * I) и выходное напряжение обычно составляет несколько милливольт или даже вольт, коэффициент усиления мощности Ap также очень велик.

В следующем уроке мы рассмотрим, как неправильное смещение транзисторного усилителя может вызвать искажение выходного сигнала в виде амплитудных искажений из-за ограничения, а также эффект фазовых и частотных искажений.

Конфигурации цепей на полевых транзисторах

»Примечания по электронике

Конфигурации схемы

FET представляют собой форматы общего истока, общего затвора и общего стока, каждый из которых имеет свои собственные характеристики..


Конструкция схемы полевого транзистора, полевого транзистора Включает:
Основы проектирования схемы полевого транзистора Конфигурации схемы Общий источник Общий дренажный / истоковый повторитель Общие ворота


Конфигурации схемы полевого транзистора представляют собой форматы общего истока, общего затвора и общего стока. Каждый из них имеет свои собственные характеристики усиления по напряжению и току, а также входного и выходного сопротивления.

Выбор конфигурации или топологии схемы полевого транзистора является одним из ключевых параметров проектирования, на котором основывается общая конструкция схемы.

Основы конфигурации полевого транзистора

Терминология, используемая для обозначения трех основных конфигураций полевого транзистора, указывает на электрод полевого транзистора, который является общим для входных и выходных цепей. Это дает начало трем терминам: общий затвор, общий сток и общий исток.

Три различных конфигурации схемы полевого транзистора:

  • Общий источник: Эта конфигурация полевого транзистора, вероятно, является наиболее широко используемой. Схема общего источника обеспечивает средние уровни входного и выходного сопротивления.Прирост как по току, так и по напряжению можно охарактеризовать как средний, но выходной сигнал обратен входному, то есть изменение фазы на 180 °. Это обеспечивает хорошую общую производительность и поэтому часто считается наиболее широко используемой конфигурацией.
    Конфигурация цепи полевого транзистора с общим истоком
  • Общий сток: Эта конфигурация полевого транзистора также известна как истоковый повторитель. Причина этого в том, что напряжение истока следует за напряжением затвора. Обладая высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением, он широко используется в качестве буфера.Коэффициент усиления по напряжению равен единице, хотя коэффициент усиления по току велик. Входной и выходной сигналы синфазны.
    Общий сток (истоковый повторитель) Конфигурация цепи полевого транзистора
  • Общий затвор: Эта конфигурация транзистора обеспечивает низкий входной импеданс при высоком выходном сопротивлении. Несмотря на высокое напряжение, коэффициент усиления по току невелик, а общий коэффициент усиления по мощности также невелик по сравнению с другими доступными конфигурациями полевых транзисторов. Другой важной особенностью этой конфигурации является то, что вход и выход находятся в фазе.
    Конфигурация цепи полевого транзистора с общим затвором

Сводная таблица конфигурации схемы полевого транзистора

В таблице ниже приведены основные характеристики различных конфигураций схемы полевых транзисторов.


Сводная таблица конфигурации полевого транзистора
Конфигурация полевого транзистора Общие ворота Common Drain
(последователь источника)
Общий источник
Коэффициент усиления по напряжению Высокая Низкий Средний
Текущая прибыль Низкий Высокая Средний
Прирост мощности Низкий Средний Высокая
Входное сопротивление Низкий Высокая Средний
Выходное сопротивление Высокая Низкий Средний
Соотношение фаз вход / выход 0 и 0 ° 180 °

Как видно, разные конфигурации или топологии имеют разные характеристики.Общий источник — это наиболее широко используемая конфигурация схемы полевого транзистора, которая приравнивается к транзисторному усилителю с общим эмиттером. Повторитель с общим стоком или истоком на полевом транзисторе используется в качестве буферного усилителя и приравнивается к транзисторному усилителю с общим эмиттером.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Возврат в меню проектирования схем.. .

Усилитель на полевом транзисторе — TINA и TINACloud

Усилитель на полевом транзисторе

В этой главе мы проводим аналогию с подходом, который мы использовали для транзисторов BJT, на этот раз сосредоточившись на полевом транзисторе. Изучив этот материал, вы

  • поймете разницу между полевыми транзисторами и биполярными транзисторами.
  • Изучите различия между различными формами полевых транзисторов.
  • Знайте, как смещать полевые транзисторы для линейной работы.
  • Узнайте о моделях слабого сигнала и о том, как их использовать.
  • Уметь анализировать схемы усилителя на полевых транзисторах.
  • Уметь разрабатывать схемы усилителя на полевых транзисторах в соответствии со спецификациями.
  • Узнайте, как программы компьютерного моделирования моделируют полевые транзисторы.
  • Знать, как изготавливаются полевые транзисторы как часть интегральных схем.
ВВЕДЕНИЕ

Современный полевой транзистор (FET) , предложенный W.Шокли в 1952 году отличается от BJT. Полевой транзистор — это устройство основной несущей . Его работа зависит от использования приложенного напряжения для управления основными носителями (электроны в материале типа n и дырки в материале типа p ) в канале. Это напряжение регулирует ток в устройстве с помощью электрического поля.

Полевые транзисторы — это устройства с тремя выводами, но в отличие от биполярных транзисторов, напряжение на двух выводах регулирует ток, протекающий на третьем выводе.Три вывода в полевом транзисторе — это сток , исток и затвор .

Сравнивая полевые транзисторы с биполярными транзисторами, мы увидим, что сток (D) аналогичен коллектору, а исток (S) аналогичен эмиттеру. Третий контакт, вентиль (G), аналогичен основанию. Исток и сток полевого транзистора обычно можно менять местами, не влияя на работу транзистора.

Мы подробно обсуждаем два класса полевых транзисторов, это переходные полевые транзисторы (JFET) и металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET).

Глава начинается с обсуждения характеристик полевых МОП-транзисторов и полевых транзисторов JFET и сравнения этих характеристик. Затем мы исследуем способы использования этих устройств в схемах и методы смещения различных конфигураций усилителей.

По мере подробного изучения методов анализа мы представляем компьютерные имитационные модели. Далее следуют подробные разделы, посвященные методам анализа и методологии проектирования.

Глава завершается кратким описанием других специальных устройств.

Симуляторы схем TINA и TINACloud, поддерживающие этот ресурс, включают в себя множество сложных компьютерных имитационных моделей MOSFET и JFET, а также схем, которые будут использоваться для моделирования схем.

NEXT- 1. Преимущества и недостатки полевых транзисторов

Схемы полевых транзисторов, май 1967 г. Electronics World

Май 1967 Мир электроники

Таблица содержания

Воск, ностальгирующий по истории ранней электроники.См. Статьи из Electronics World , опубликовано в мае 1959 г. — Декабрь 1971 г. Все авторские права подтверждаются.

Если вы только вводите области электроники, концепции, представленные в этой статье полувековой давности для основные полевые транзисторы по-прежнему актуальны. Значительные улучшения есть сделано с тех пор, но основы остаются в силе. Один из самых полезных предметов в Эта статья представляет собой Таблицу 1, в которой сравниваются и противопоставляются вакуумные лампы, биполярный переход транзисторы и полевые транзисторы.Рассматриваемые темы включают общие свойства полевых транзисторов, повторителей источников (а-ля повторителей эмиттеров в BJT), усилителей с общим истоком (как усилители с общим эмиттером в биполярных транзисторах), генератор Миллера, комбинации Полевые транзисторы и биполярные транзисторы, а также стробируемый амплитудный модулятор.

Схемы на полевых транзисторах

Джозеф Х. Вуджек-младший и Макс Э. МакГи

Группа из шести простых и недорогих схем, которые иллюстрируют многие принципы. работы полевого транзистора.

Рис. 1 — Табличное сравнение ламп, транзисторов и полевых транзисторов.

Рис. 2 — Схема исток-повторитель вместе с частотной характеристикой.

Рис. 3 — Схема усилителя на полевом транзисторе с общим истоком и характеристика.

Рис. 4 — Схема генератора Миллера.

Рис. 5 — Пара полевой транзистор / транзистор имеет усиление и высокое входное сопротивление.

Рис. 6 — Схема расширителя импульсов с полевым транзистором и транзисторами.

Одним из важнейших новых полупроводниковых устройств является полевой транзистор. (FET). В этой статье описываются шесть недорогих схем, которые могут быть построены для демонстрации важные свойства полевых транзисторов. Используются полевые транзисторы с р-каналом U-110 и / или U-112. в обсуждаемых схемах и относительно невысокая цена. Siliconix предлагает U-110 и U-112 вместе в пакете по 2 доллара.75. У-110 можно оставить в одиночестве для 1 доллар США по этому предложению. Полевые транзисторы промышленного типа, U-146 и U-147, немного выше в цене. В качестве биполярных транзисторов используются эпоксидные устройства General Electric. которые продаются по цене от 0,50 до 1 доллара за штуку.

Общие свойства полевого транзистора

Для удобства сходства среди электронных ламп, транзисторов и полевых транзисторов показаны на рис. 1. Мы должны признать внутренние различия, которые существуют между электронными лампами, транзисторами и полевыми транзисторами и таблица служит только для помощи в указании полярностей предубеждений.

Полевой транзистор похож на вакуумную лампу тем, что сопротивление, направленное внутрь затвора. очень высока и может составлять порядка сотен МОм. Кроме того, полевой транзистор — это устройство с низким уровнем шума, лучше, чем биполярные транзисторы, и конкурирует с электронными лампами. С другой стороны, полевые транзисторы похожи на транзисторы по токам утечки, которые протекают между их электродами, когда устройство отключено.

Последователь Источника

Схема истокового повторителя аналогична катодному повторителю на электронных лампах. или транзисторный эмиттер-повторитель.Мы можем ожидать аналогичного поведения от этих схем. так оно и есть. Таким образом, у нас высокий входной импеданс, относительно низкий выходной импеданс, и коэффициент усиления по напряжению, который можно сделать очень близким к единице.

На рис.2 показана простая схема истокового повторителя и характеристики полосы пропускания. получается с двумя разными полевыми транзисторами. Резистор 2 МОм устанавливает затвор. смещения и аналогичен резистору утечки сетки, используемому в ламповой работе. Однако этот резистор должен быть достаточно мал, чтобы увеличился ток утечки между затвором и источник не изменит кардинально предвзятость.Для У-110 и У-112 утечка между затвором и источником при комнатной температуре составляет порядка 5 наноампер (5 x 10 -9 amp), поэтому резистор на 1 или 2 МОм будет достаточным.

При повышенных температурах увеличение тока утечки приведет к тому, что резистор меньшего размера, чтобы уменьшить изменения смещения с током утечки. Это можно смещать полевые транзисторы так, чтобы получился очень небольшой температурный дрейф.

Усилитель с общим источником

Схема с общим истоком аналогична транзистору с общим эмиттером и общим катодом. ламповые схемы.Опять же, свойства этой схемы аналогичны транзистору. и ламповые аналоги. Входное и выходное сопротивление имеют промежуточное значение и может быть реализовано усиление по напряжению больше единицы.

На рис. 3 показаны схема с общим источником и диаграмма полосы пропускания, полученная с использованием либо полевой транзистор U-110, либо U-112.

Генератор Миллера

Очень высокий входной импеданс полевого транзистора позволяет нам построить простую схему Миллера. осциллятор рис.4. Высокое сопротивление схемы затвора приводит к небольшой нагрузке. кристалла. Комбинация LC в контуре стока настроена так, чтобы слегка резонировать ниже параллельного резонанса кристалла. Для рассматриваемого типа устройств В этой статье верхний предел работы по частоте составляет всего несколько мегагерц. Для кристаллов, отличных от показанного блока 512 кГц, необходимо изменить комбинацию LC. соответственно.

Выход генератора не выдержит большой нагрузки, но источник-повторитель Схема может использоваться в качестве драйвера для обеспечения низкого выходного сопротивления без нагрузки ступень генератора чрезмерно.Учитывая различия в типах полевых транзисторов и деталях компоновки, также может потребоваться некоторая модификация сети LC. Для тестируемой схемы «чистые» колебания наблюдались для четырех типов полевых транзисторов, указанных на рисунке. без перенастройки схемы и при напряжении питания от 6 до 22 вольт.

Пара полевых транзисторов / транзисторов

Схема, которая работает как улучшенный повторитель-источник или повторитель-эмиттер. показан на рис.5. Полевой транзистор снова обеспечивает очень высокое входное сопротивление, в то время как транзисторный выход обеспечивает низкий выходной импеданс. В отличие от последователя-источника или ведомого-эмиттера, эта схема может быть построена так, чтобы коэффициент усиления по напряжению был больше единицы. Это выполнено резистором в цепи обратной связи, как показано на рис. 5A (внизу справа).

На рис. 5В приведены характеристики полосы пропускания при использовании с коэффициентом усиления по напряжению, равным единице. и с усилением по напряжению больше единицы. Полоса пропускания зависит от импеданса. источника движения.При возбуждении испытательным генератором на 600 Ом верхние 3 дБ точка составляет 2 МГц. Полоса пропускания уменьшается по мере увеличения импеданса источника возбуждения. В на низких частотах входное сопротивление усилителя составляет около 100 МОм, а выходное сопротивление сопротивление менее 2000 Ом.

На рис. 6 показан стретчер, который измеряет пиковую амплитуду импульса и удерживает этот уровень напряжения на время, намного превышающее ширину импульса. Диаграмма включает кнопку для подачи импульса, но, конечно, импульс может быть связан из подходящего внешнего источника.

Транзисторы Q1 и Q3 обеспечивают преобразование импеданса и изолируют полевой транзистор от как источник, так и нагрузка. При появлении входного импульса конденсатор заряжается через Q1 и диод. После окончания входного импульса Q1 отключается, и диод с обратным смещением. Входное сопротивление Q2 очень велико, так что заряд утекает из конденсатора в основном за счет тока утечки через диод и конденсатор. Затем полевой транзистор (Q2) представляет постоянный ток. уровень до Q3, который действует как драйвер вывода.На рис. 6 также показана длительность выходного сигнала, полученного с четырьмя различными полевыми транзисторами. (Обратите внимание, что полевой транзистор подключен в обратном порядке, чтобы сделать сток отрицательным.)

Постоянная времени может быть увеличена за счет использования полевого транзистора с очень низкой утечкой затвора. и выбрав диод и конденсатор с очень низкой утечкой. Используя эти больше дорогие компоненты, схемы стретчера на полевых транзисторах с длительностью выходных импульсов до Построено 30 часов. Схема может использоваться как детектор пиковой амплитуды или для получения необходимой выдержки времени.Сброс осуществляется путем разрешения выхода на распад или замыканием конденсатора на массу.

Полевой транзистор также можно использовать в качестве линейного затвора или электронного переключателя, как показано на рис. 7. Сопротивление между истоком и стоком при «замкнутом» переключателе составляет примерно 1 / г м . Когда переключатель находится в «разомкнутом» положении, только небольшой ток утечки протекает между источник и сток. Этот тип схемы также может использоваться в качестве амплитудного модулятора.

Фиг.7 — Схема линейного стробирования или амплитудного модулятора.

Мы представили шесть простых и недорогих схем, которые иллюстрируют многие принципы работы полевого транзистора. Эти схемы предназначены для понимания устройств и стимулировать размышления о других приложениях.

Авторы выражают признательность г-ну Чарльзу Макдональду за сотрудничество. из Siliconix, Inc. и г-на Эл Кенрика из General Electric Company.

Опубликовано: 22 июля 2019 г. (оригинал 3/1/2012)

FET Applications-JFET Applications-Chopper, Cascode, Buffer Amplifiers, Multiplexer

Что такое полевой транзистор (полевой транзистор)

FET, также называемый униполярным транзистором, — это транзистор, используемый для управления электрическим поведением устройства.

FET имеет очень высокий входной импеданс (100 Мегаом в случае JFET и 10 4 до 10 9 Мегаом в случае MOSFET), основные недостатки обычного транзистора , т.е. Загрузка источника сигнала исключена в полевом транзисторе. Следовательно, полевой транзистор — идеальное устройство для использования почти во всех приложениях, в которых могут использоваться транзисторы. Полевые транзисторы широко используются в качестве входных усилителей в осциллографах, электронных вольтметрах и другом измерительном и испытательном оборудовании из-за их высокого входного сопротивления.

  • Поскольку микросхема полевого транзистора занимает очень мало места по сравнению с микросхемой BJT, полевые транзисторы широко используются в интегральных схемах.
  • Полевые транзисторы
  • используются в качестве резисторов с переменным напряжением (WR) в операционных усилителях (операционных усилителях), регуляторах тембра и т. Д., Для работы микшера на FM- и ТВ-приемниках и в логических схемах.
  • Полевые транзисторы
  • обычно используются в схемах цифровой коммутации, хотя их скорость работы ниже.

Применение полевого транзистора

1. Малошумящий усилитель

Шум — это нежелательное нарушение, наложенное на полезный сигнал.Шум мешает информации, содержащейся в сигнале; чем больше шум, тем меньше информации. Например, шум в радиоприемниках проявляет потрескивание и шипение, которые иногда полностью маскируют голос или музыку. Точно так же шум в телевизионных приемниках создает на изображении небольшие белые или черные точки; Сильный шум
может стереть изображение. Шум не зависит от мощности сигнала, потому что он существует даже при выключенном сигнале.

Каждое электронное устройство производит определенное количество шума, но полевой транзистор — это устройство, которое производит очень мало шума.Это особенно важно вблизи входных каскадов приемников и другого электронного оборудования, поскольку последующие каскады усиливают входной шум вместе с сигналом. Если на входе используется полевой транзистор, мы получаем меньше усиленного шума (помех) на конечном выходе.

2. Буферный усилитель

Буферный усилитель — это каскад усиления, который отделяет предыдущий каскад от следующего. Последователь источника (общий сток) есть. используется как буферный усилитель.Из-за высокого входного сопротивления и низкого выходного сопротивления полевой транзистор действует как превосходный буферный усилитель, как показано на рисунке. Из-за высокого входного импеданса почти все выходное напряжение предыдущего каскада появляется на входе буферного усилителя, а из-за низкого выходного сопротивления все выходное напряжение буферного усилителя достигает входа следующего каскада, даже может быть небольшое сопротивление нагрузки.

3. Каскодный усилитель

Принципиальная схема каскодного усилителя на полевом транзисторе показана на рисунке.Усилитель с общим истоком управляет в нем усилителем с общим затвором.

Схема каскодного усилителя

Каскодный усилитель имеет такое же усиление напряжения, как и усилитель с общим источником (CS). Основным преимуществом каскодного подключения является его низкая входная емкость, которая значительно меньше входной емкости CS-усилителя. Он имеет высокое входное сопротивление, что также является желательной характеристикой.

4. Аналоговый переключатель

FET в качестве аналогового переключателя показан на рисунке. Когда напряжение затвора не подается на полевой транзистор i.е. В GS = 0, полевой транзистор становится насыщенным и ведет себя как небольшое сопротивление, обычно менее 100 Ом, и, следовательно, выходное напряжение становится равным

.

V OUT = {R DS / (R D + R DS (ON) )} * V дюйм

JFET-аналоговый переключатель

Так как R D очень велик по сравнению с R DS 0N ), поэтому V out можно принять равным нулю.

Когда на затвор подается отрицательное напряжение, равное V GS (OFF) , полевой транзистор работает в области отсечки и действует как очень высокое сопротивление, обычно несколько мегаом.Следовательно, выходное напряжение становится почти равным входному напряжению.

5. Измельчитель

Можно построить усилитель с прямой связью, исключив конденсаторы связи и байпас и подключив выход каждого каскада непосредственно к входу следующего каскада. Таким образом связывается постоянный ток, а также переменный ток. Основным недостатком этого метода является дрейф, медленный сдвиг конечного выходного напряжения, создаваемого транзистором питания, и колебания температуры.

Проблему дрейфа можно решить, используя прерыватель-усилитель, как показано на рисунке.

Усилитель прерывателя

(а). Здесь входное постоянное напряжение прерывается схемой переключения. Выходной сигнал прерывателя представляет собой прямоугольный сигнал переменного тока, имеющий пиковое значение, равное значению входного постоянного напряжения, V DC . Этот сигнал переменного тока может быть усилен обычным усилителем переменного тока без каких-либо проблем с дрейфом. Затем усиленный выходной сигнал может быть «обнаружен пик» для восстановления усиленного сигнала постоянного тока.

К затвору аналогового переключателя на полевом транзисторе прикладывается прямоугольная волна, чтобы он работал как прерыватель, как показано на другом рисунке . Прямоугольная волна затвора представляет собой отрицательное колебание от 0 В до минимум V GS ( выкл.) — Это поочередно насыщает и отключает JFET. Это выходное напряжение представляет собой прямоугольную волну, попеременно меняющуюся от + V DC до нуля вольт.

Если входной сигнал является низкочастотным сигналом переменного тока, он преобразуется в форму волны переменного тока, как показано на последнем рисунке (c).Этот прерванный сигнал теперь может быть усилен усилителем переменного тока без дрейфа. Затем усиленный сигнал может быть обнаружен пиковым значением, чтобы восстановить исходный входной низкочастотный сигнал переменного тока. Таким образом, сигналы постоянного и низкочастотного переменного тока могут быть усилены с помощью прерывателя-усилителя.

6. Мультиплексор Мультиплексор на полевых транзисторах

Аналоговый мультиплексор , схема , которая направляет один из входных сигналов на выходную линию, показан на рисунке. В этой схеме каждый полевой транзистор действует как однополюсный однопозиционный переключатель.Когда управляющие сигналы (V v V 2 и V 3 ) более отрицательны, чем V GS (0FF) , все входные сигналы блокируются. Сделав любое управляющее напряжение равным нулю, один из входов может быть передан на выход. Например, когда V x равно нулю, сигнал, полученный на выходе, будет синусоидальным. Точно так же, когда V 2 равно нулю, сигнал, полученный на выходе, будет треугольным, а когда V 3 равен нулю, выходной сигнал будет прямоугольным.Обычно только один из управляющих сигналов равен нулю.

7. Ограничитель тока

Схема ограничения тока на полевом транзисторе

показана на рисунке. Таким образом, почти все напряжение питания возникает на нагрузке. Когда ток нагрузки пытается увеличиться до чрезмерного уровня (может быть из-за короткого замыкания или по любой другой причине), чрезмерный ток нагрузки заставляет JFET перемещаться в активную область, где он ограничивает ток до 8 мА.JFET теперь действует как источник тока и предотвращает чрезмерный ток нагрузки.

Производитель может привязать затвор к источнику и упаковать JFET в виде двух оконечного устройства. Так изготавливаются диоды постоянного тока . Такие диоды еще называют диодами-стабилизаторами тока.

8. Генераторы фазового сдвига Генератор с фазовым сдвигом на полевых транзисторах

JFET может включать как усиливающее действие, так и действие обратной связи. Следовательно, он хорошо действует как генератор сдвига фазы.Высокое входное сопротивление полевого транзистора особенно важно в генераторах со сдвигом фазы, чтобы минимизировать эффект нагрузки. Типичный генератор фазового сдвига, использующий N-канальный JFET, показан на рисунке.

FET или JFET — Работа / Эксплуатация, Строительные приложения, В качестве усилителя, MOSFET, DE-MOSFET, E-Only, Application

FET означает «Полевой транзистор», это трехконтактное однополярное твердотельное устройство, в котором ток управление электрическим полем.

FET может быть изготовлен либо с N-каналом, либо с P-каналом, для изготовления JFET с N-каналом сначала берется узкая полоса полупроводникового материала N-типа, а затем два перехода P-типа разряжаются на противоположных сторонах от него. средняя часть, называемая каналом. Эти две области внутренне соединены друг с другом сигнальным проводом, который называется клеммой затвора. Один вывод называется терминалом источника, а другой — терминалом слива.

P-Channel JFET сконструирован аналогично, за исключением того, что в нем используется стержень P-типа и два N-типа переходов.

Источник: —

Это терминал, через который большинство перевозчиков вводятся в полосу, поэтому он называется Source.

Слив: —

Это терминал, через который большинство перевозчиков подводит шину, поэтому он называется сливным терминалом.

Выход: —

Это две клеммы, которые внутренне связаны друг с другом, и сильно легированные области, которые образуют две PN-переходы.

Рабочий / рабочий полевой транзистор или полевой транзистор с полевым транзистором

Затвор всегда имеет обратное смещение, поэтому ток затвора IG практически равен нулю.Вывод истока всегда подключается к концу источника питания стока, который обеспечивает необходимую несущую, в N-канальном JFET вывод истока подключается к отрицательному концу источника напряжения стока. Начинается поток электронов от истока к стоку по каналу от D к S,

текущий ID увеличивается по мере увеличения VDS с нуля на палате. Эта связь между VDS и ID сохраняется до тех пор, пока VDS не достигнет определенного значения, называемого VPO «Pinch OFF».

Когда VDS равен нулю и VGS уменьшается с нуля, обратное смещение затвора увеличивает мысли об области, так как отрицательное значение VGS увеличивает конусы ступени, когда две области падения касаются друг друга, в этой проводимости канал считается отключенным.

JFET в качестве усилителя

Одним из применений JFET является усилитель, он усиливает слабый сигнал, подключенный к клемме затвора, вход всегда имеет обратное смещение, небольшое изменение обратного смещения на затворе вызывает большое изменение тока стока, этот факт сделать JFET способным усиливать слабые сигналы

Рабочий / Рабочий

Когда на вход усилителя подается отрицательный сигнал, смещение затвора увеличивается, слой дублирования уменьшается, сопротивление канала увеличивается, ID уменьшается, падение напряжения на резисторе нагрузки уменьшается, и положительный сигнал присутствует на выходе через C2. .
Когда на вход подается положительный сигнал, действие будет обратным.
Видно, что между входным сигналом на затворе и выходным сигналом на стоке происходит изменение фазы.

Применение JFET

JFET широко используется в схемах усилителей, аналоговых переключателях; Он также используется в системе АРУ, регуляторах напряжения, буферных усилителях.

МОП-транзистор

MOSFET делится на два типа:

  1. DE-МОП-транзистор
  2. E только MOSFET

DE-МОП-транзистор

Этот полевой МОП-транзистор может работать как в режиме дублирования, так и в режиме улучшения.Путем изменения полярности VGS, когда VGS отрицательный для N-канального DE-MOSFET, работает в режиме истощения, однако с положительным напряжением затвора он работает в режиме улучшения.

E- только MOSFET

Этот полевой МОП-транзистор работает только в режиме улучшения. Он отличается только конструкцией от DE-MOSFET тем, что между стоком и истоком отсутствует канал.

Конструкция DE-MOSFET

Как и JFET, он имеет исток, затвор и сток, однако его затвор изолирован от проводящего канала ультратонким оксидом металла.Изолирующая пленка, как правило, из диоксида кремния (SiO2), из-за этого изолирующего свойства MOSFET также известен как полевой транзистор с изолированным затвором (IGFET). В DE-MOSFET мы можем подавать как положительное, так и отрицательное напряжение на вывод затвора, поскольку вывод затвора изолирован от канала.

DE-MOSFET Работа / Работа

Режим истощения

Когда VGS = 0, электроны могут свободно течь от истока к стоку через канал проводимости. Когда отрицательное напряжение прикладывается к выводу затвора, оно истощает N-канал и его электроны, индуцируя в нем положительные заряды.Чем больше отрицательное напряжение на затворе, тем больше уменьшается количество электронов в канале, что увеличивает проводимость. Фактически, слишком большое отрицательное напряжение затвора отключает канал, таким образом, при отрицательном напряжении затвора DE-MOSFET ведет себя как JFET, по этой причине отрицательная операция затвора DE-MOSFET называется режимом истощения.

Режим улучшения

На принципиальной схеме ток стока течет от истока к стоку даже при нулевом смещении затвора, когда на затвор подается положительное напряжение, входной конденсатор затвора может создавать преэлектроны в канале, что увеличивает ID.Предварительные электроны индуцируются в канале действием конденсатора, эти электроны добавляются к другим готовым электронам для проводимости, что увеличивает количество электронов, и эти электроны увеличивают проводимость канала.

По мере увеличения положительного напряжения затвора количество индуцированных электронов увеличивается, что увеличивает проводимость канала от истока к стоку, таким образом, увеличивается и ток. Работа положительного затвора DE-MOSFET известна как режим улучшения.

Применение полевого МОП-транзистора

MOSFET

имеет широкое применение в области электроники, некоторые из этих приложений приведены ниже.

  1. В качестве входного усилителя в осциллографе, электронном вольтметре и другом измерительном и испытательном оборудовании, поскольку они имеют высокое входное сопротивление.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *