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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Sobre o cálculo de etapas em um transistor de efeito de campo. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Designer de rádio amador calcular as etapas de diferentes etapas em um transistor de efeito de campo será muito mais fácil se você usar uma aproximação linear de suas características, proposta pelo autor deste artigo. Se a tensão de corte e a corrente de dreno inicial de uma instância particular do transistor forem conhecidas, então tal cálculo de passo fornece um bom acordo com a prática. Sabe-se que quase todas as fontes literárias descrevem o cálculo dos estágios dos estágios de amplificação com um transistor de efeito de campo apenas no modo de um pequeno sinal de corrente alternada. Não é fácil encontrar recomendações para escolher o modo inicial do transistor. Entretanto, para a maioria dos casos práticos, é mais necessário calcular os passos para corrente contínua. A técnica proposta no artigo permite calcular os passos dos nós mais comuns na prática - amplificadores DC, estabilizadores de corrente, etc. Nesse caso, o cálculo dos passos para corrente alternada no modo de sinal pequeno para baixo e médio sinais de frequência serão cálculos gerais de etapas para corrente contínua. Para fins de definição, nos limitamos a considerar transistores de canal n com um canal integrado; para canais p, você só precisa mudar a polaridade da tensão. Aceita-se que as características transitórias lc=f(Uzi) do transistor são aproximadas por uma função quadrática. Isso é verdade principalmente para transistores de canal único, mas eles estão fora de produção há muito tempo. Atualmente, mesmo os transistores de efeito de campo de baixa potência são um conjunto de vários canais-células conectados em paralelo, e os poderosos contêm até várias centenas, às vezes milhares. Devido a este e alguns outros fatores, a resposta transitória real de tais transistores situa-se entre funções lineares e quadráticas. A aproximação de uma característica real por uma função quadrática só pode levar a uma complicação do cálculo das etapas, que não é justificada pelo aumento correspondente na precisão. É mais conveniente usar uma aproximação linear para calcular as etapas. Existem dois pontos característicos na resposta transitória do transistor - a corrente de dreno inicial Ico do transistor, determinada em Uzi = 0. e a chamada tensão de corte Uotc (Fig. 1a). E se tudo fica claro com a primeira pergunta, então com a segunda fica mais difícil.
O fato é que a característica transitória tende assintoticamente para o eixo Uzi, razão pela qual é impossível especificar a tensão na qual a corrente de dreno será igual a 0 (ou seja, a verdadeira tensão de corte). Portanto, foi adotado o valor condicional U - a tensão na qual a corrente de dreno é de 10 μA, ou seja, um valor facilmente medido. No entanto, é precisamente próximo a esse ponto que a característica apresenta uma curvatura particularmente acentuada, o que dá o maior componente do erro na aproximação linear. Seria mais correto determinar o segundo ponto no início da seção da curva, por exemplo, de acordo com o critério de redução do valor diferencial da inclinação ou de acordo com um determinado valor da corrente de dreno. Infelizmente, a falta de estatísticas confiáveis sobre as características transitórias dos transistores de efeito de campo modernos não nos permite resolver claramente esse problema. Portanto, deve-se aceitar uma aproximação linear em relação a dois pontos padrão - lco e Uotc. O erro de acompanhamento na maioria dos casos não excede 15%, o que é suficiente para a prática. Na fig. 1, e a linha reta grossa mostra uma aproximação linear das características reais do transistor. Na fig. 2 mostra um circuito seguidor de fonte como exemplo. Quando Vin = 0 (se você fechar a entrada do repetidor para um fio comum), o ponto de operação A está na interseção da característica transiente e a linha de carga R e (Fig. 1). O ponto operacional real está na interseção da resposta transitória real e a linha de carga - este é o ponto B. A figura ilustra a natureza do erro devido à aproximação linear.
A posição inicial do ponto de operação A para o Istart atual, determina a expressão: Istart = Ico / (S·Ri+1). e em termos de tensão, pode ser expresso como Unach Ri = lco Ri Rn/(S Ri+1). onde S \u2d lco / Uotc é a inclinação média da característica e Ri é a resistência do resistor Ri (Fig. XNUMX). Quando o portão é conectado a um fio comum, o repetidor torna-se uma rede de dois terminais estabilizadora de corrente (estabilizador de corrente). De acordo com a primeira fórmula, você pode calcular a corrente de estabilização. A tensão mínima na qual o dispositivo entra no modo de estabilização de corrente é . A queda de tensão no canal do transistor UCi é determinada por uma família de características de saída ou experimentalmente. Se Ri = 0. A corrente de estabilização é máxima e igual a Iso, a resistência de saída é mínima e quase igual à resistência de saída do transistor. Com o fornecimento de uma tensão constante (por exemplo, positiva) Uin à entrada do seguidor de fonte, o ponto de operação é deslocado para a posição A e sua nova coordenada de corrente I corresponde à expressão: Ri+1). O valor da tensão de fechamento do transistor será determinado em It=0 - é igual a Uotc. Em termos de tensão, a nova posição do ponto de operação pode ser expressa pela relação: Ut=lt Ri=Ri(lco+ Uin. S)/(S Ri+1). Os limites da tensão de entrada na região dos valores positivos são geralmente descritos pela fórmula: Uin = [Imax(S·Ri+1)-lco]/S, onde Imax é a corrente máxima do transistor. Corrente máxima Imax. limitada por vários fatores. Então. para transistores com porta na forma de junção p-n, não deve exceder Ic0, caso contrário, a porta entrará no modo de polarização direta e a resistência de entrada do transistor diminuirá drasticamente. Com isso em mente, a última fórmula é simplificada: Uin = lCo·Ri. O limite do intervalo de operação no lado da tensão negativa não depende do modo de operação inicial do transistor e sempre começa em Uotc. Segue-se do exposto que, para estender o intervalo de operação, um transistor com um grande valor de Uotc deve ser escolhido. Para um transistor de porta isolada, o valor é limitado apenas pelo limite de corrente permitido para o dispositivo ou pela dissipação de energia permitida. Em qualquer caso, 1máx. não pode exceder Upit/Ri. Ao calcular as etapas para uma determinada etapa, o valor de I é determinado por cada um dos fatores discutidos acima, o menor é escolhido e é este que é substituído nas fórmulas. Transformando a expressão para Ut, obtemos Ut = Ico Ri/(S Ri+1 )+Uin S Ri/ (S Ri+1). Esta fórmula mostra claramente que a característica Uout = f(Uin,) para um repetidor de streaming é linear. A inclinação de conversão Kns do seguidor de fonte é igual a: Кns = ΔImax/ ΔUin = S/(S·Ri + 1). Consequentemente, o coeficiente de transferência de tensão Knu = Knl·Ri = S·Ri/(S·Ri+1). Na fig. 1b mostra a característica Ic = f(Uin) do seguidor de fonte. A característica de transferência Uout = f(Uin) tem uma forma semelhante. desde Uout \uXNUMXd Ic·Ki. Na fig. 3 mostra um diagrama de um estágio de amplificação típico, no qual o transistor é montado de acordo com um circuito de fonte comum com um resistor R e polarização automática.
O modo inicial do transistor é determinado pela resistência deste resistor. Ao definir o modo atual do transistor (na ausência de um sinal de entrada), a resistência do resistor pode ser determinada pela fórmula: Rand \uXNUMXd (Iso "Inach) / Inach S. Normalmente, o ponto de operação é escolhido no meio da característica, ou seja, Istart = Ico / 2 e Ustart = Uotc / 2, e esta fórmula é simplificada: R e = I / S = Uotc / Ico. Se a posição inicial do ponto de operação na característica for assimétrica (por exemplo, no caso de um sinal de entrada assimétrico), a resistência do resistor R e em um determinado valor de Uinit, o deslocamento inicial é determinado pela fórmula : Ri = Uinit / (lco-Uinit S). A tensão no dreno do transistor será igual a Uc \uXNUMXd Upit - Inach ·Rc. Com um sinal simétrico, a resistência do resistor Rc, que fornece a faixa máxima da tensão de saída na ausência de distorção, é encontrada pela fórmula: Rc \u2d (Upit - Unach) / 0.5I. Se o ponto de operação for escolhido no meio da característica de transferência do transistor, então Rc = (Upit - XNUMXUotc)lco. Resistor R e é um elemento do sistema operacional negativo. fase de redução. Para eliminar a ação do SO em tensão alternada, eles geralmente incluem um capacitor de bloqueio Cbl mostrado na Fig. 3 linhas tracejadas. Com este capacitor, a amplitude das meias-ondas negativas do sinal de entrada não deve exceder um valor igual à tensão de corte do transistor. Também é possível eliminar a ação do SO na tensão alternada de outra maneira - incluindo no circuito de origem um transistor em vez de um resistor um elemento cuja tensão depende pouco da corrente que flui através dele, por exemplo, um conversor direto no diodo, um estabistor, etc. No entanto, tal solução de projeto de circuito só é possível no caso em que a tensão neste elemento será igual a Unach. Se a tensão no elemento for um pouco menor, um resistor adicional de pequena resistência será conectado em série com ele. O coeficiente de transferência Knu de um estágio montado segundo um circuito fonte comum é determinado pela conhecida expressão: Knu=S·Rc. Se houver um resistor no circuito fonte, Knu diminui: Knu=S·Rc/ (S·Ri+1)=lco·Rc/(lco·Ri+Uotc). O sinal no dreno do transistor VT1 (saída 1) está em antifase com a entrada, e o sinal na fonte (saída 2) está em fase, o que permite que este estágio seja utilizado como um divisor de fase. Normalmente, são necessários divisores de fase para que os valores de amplitude do sinal para ambas as saídas sejam iguais: Uout1 = Uout2 ou lc·Rc=lи·Rи. Visto que lc=l e a condição de igualdade de amplitudes se parece com isto: Rc = Rand. Nesse caso, os valores do coeficiente de transmissão para ambas as saídas também serão iguais. Coeficiente de transferência, resistência dos resistores Rc e Rand. bem como outros parâmetros necessários podem ser calculados usando as fórmulas apresentadas acima. Considere, por exemplo, as condições sob as quais o estágio de acordo com o esquema da Fig. 3 transforma a saída 1 em um inversor linear com Knu = 1. Igualando Knu na última fórmula a um, obtemos Rc - Ri \u1d XNUMX / S \uXNUMXd Uotc / Ico. Tal estágio, por analogia com um semelhante em um transistor bipolar, pode ser chamado de seguidor de dreno. Autor: A. Mezhlumyan, Moscou
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