Исследование свойств транзисторов

    Данная  схема, обладая весьма большим входным сопротивлением, во многом похожа на схему с общей базой, и, также как схема с общей базой, она имеет самую малую внутреннюю обратную связь. Коэффициент усиления по напряжению для схемы с общим затвором находится по формуле

    

С учётом сделанных  ранее допущений  >>1 и rн<<rс получается

(Ком),

то есть усиление по напряжению примерно такое же, как  в схеме с общим истоком, но низкое входное сопротивление ограничивает применение схемы с общим затвором по сравнению со схемой с общим истоком.

    В схеме с общим  стоком (рис 6 в) входным электродом является затвор, а выходным – исток. По своим усилительным свойствам эта схема аналогична эмиттерному повторителю, только со значительно большим (в тысячи раз) входным сопротивлением. Выходное сопротивление схемы с общим истоком небольшое и определяется формулой

    

    Подобно эмиттерному повторителю схема  с общим стоком не даёт усиления по напряжению, поэтому часто называется истоковым повторителем. В общим случае коэффициент передачи истокового повторителя может быть найден по формуле

    

Если учесть, что обычно > 1, получается

    Кроме того, допуская Srн > 1, получается, что

    

то есть коэффициент  передачи по напряжению истокового повторителя  весьма близок к единице.

    В схеме с разделённой  нагрузкой (рис. 6 г) входное сопротивление и крутизна характеристики определяются как для схемы с общим истоком. Например, выражение реальной крутизны схемы имеет вид

    

откуда следует, что при выполнении условия rн.и >> rи крутизна характеристики практически не зависит от параметров транзистора, а определяется сопротивлением нагрузки в цепи истока

 ма/в.

    Коэффициент усиления по напряжению определяется по формуле

    

которая при  выполнении неравенства rн.и > rи принимает вид

Следовательно, усиление напряжения каскада с разделённой нагрузкой на полевом транзисторе определяется в основном отношением сопротивлений нагрузки в цепях стока и истока. В частности, при равенстве этих сопротивлений коэффициенты усиления цепей истока и стока равны единице (примерно).

    Я приведу несколько примеров пользования упрощёнными формулами для случаев, когда известно, что полевой транзистор имеет параметры: S = 1ма/в; rн = 300 Ом; rс = 500 Ком; rз = 200 Мом. Первые три параметра можно определить по результатам снятия выходной вольтамперной характеристики конкретного образца транзистора. Последний параметр измерить в оценивается приближённо. В большенстве случаев исправные полевые транзисторы имеют сопротивление затвора ещё больше.

    Пример 1. Транзистор используется в каскаде усиления по схеме с общим истоком. Сопротивление нагрузки rн = 10 ком. Определить коэффициент усиления каскада по напряжению.

    Для этого случая выполняется условие  rc>rн, а поэтому можно считать, что коэффициент усиления по напряжению равен

    

При этом входное сопротивление каскада будет определяться сопротивлением элементов смещения в цепи затвора, так как собственное сопротивление затвора очень велико. Обычно в реальных условиях входное сопротивление исчисляется сотнями килом или несколькими мегомами.

    Пример 2. Транзистор используется в схеме с общим затвором. Сопротивление нагрузки rн = 10 Ком. Определить коэффициент усиления каскада по напряжению и его входное сопротивление.

    Коэффициент усиления, так же как и в первом примере, определяется по формуле Кu = Srн и равен Кu = 10. Входное сопротивление, с учётом того, что транзистор включён по схеме с общим затвором, равно

    rвх

Ком.

    Пример 3. Транзистор используется в каскаде по схеме с общим стоком. Сопротивление нагрузки rн = 10 Ком. Найти коэффициент усиления по напряжению и выходное сопротивление.

    Усиление  по напряжению в общем случае определяется по формуле

    

После подстановки  в неё исходных данных получается

 Ком.

Теперь с учётом того, что Srн = 10, надо воспользоваться приближённом выражением Кu = 1 и сравнить оба результата.

    Выходное  сопротивление каскада находится  по формуле

    rвых =

после подстановки  исходных данных получается

rвых =

Ком.

Но поскольку выполняется условие Srн > 1, то можно воспользоваться приближённой формулой rвых в результате чего получается rвых = 1 Ком. Сравнение между собой обоих результатов показывает их хорошее совпадение.

    Пример 4. транзистор работает в каскаде по схеме с разделённой нагрузкой, причём сопротивление нагрузки в цепи стока rн.с = 10 Ком, в цепи истока rн.и = 5 Ком. Найти усиление по напряжению цепей стока и истока.

    Поскольку выполняется условие rн.и > rн, то усиление цепи истока примерно равно единице: Кu 1. По этой же причине усиление в цепи стока равно отношению сопротивлений в цепях стока и истока, то есть Кu.c = 10 : 5 = 2.

    Как видно из приведённых примеров, приближённые формулы вполне применимы в любительских расчётах каскадов как на биполярных, так и на полевых транзисторах, с учётом тех условий, при которых они справедливы, а также на низких частотах, где ещё не сказывается влияние частоты на параметры каскада. Относительно большие значения входной, выходной и проходной ёмкостей эквивалентной схемы замещения полевого транзистора по сравнению с очень большими активными сопротивлениями тех же цепей приводят к тому, что частотные свойства полевых транзисторов оказываются несколько хуже частотных свойств биполярных транзисторов.

 

    Заключение 

    Транзистор  представляет собой полупроводниковый  прибор, предназначенный для использования  в устройствах, осуществляющих генерацию  и усиление электрических колебаний. Основой любого транзистора является кристаллическая пластинка полупроводника, в котором используются те или иные свойства полупроводникового материала и электронно – дырочных переходов, в результате чего представляется возможным с помощью слабых управляющих токов или напряжений получать более мощные электрические колебания требуемого вида.

    Подобно тому, как существует большое множество  разновидностей диодов, известно большое  число видов и разновидностей транзисторов.

    Транзисторы различаются по числу основных видов  носителей заряда, используемых при  работе прибора. Транзисторы, в которых используются оба вида носителей, дырки и электроны, называются биполярными. В зависимости от геометрической структуры размещения зон с различной проводимостью они могут быть прямой (p – n – p) или обратной проводимости (n – p – n). Транзисторы, у которых используется только один основной носитель заряда, например, только дырки или только электроны, называются полярными

    Самыми  известными и доступными являются биполярные транзисторы прямой (p – n – p) и обратной (n – p – n) проводимости. Менее известны и доступны полевые транзисторы с каналом p и n типа.

 

    Список  литературы 

1. Агаханян  Т. М. Основы транзисторной электроники. – М.: Энергия, 1974.
2. Бергельсон И. Г., Минц В. И. Транзисторы биполярные. – М.: Сов. Радио, 1976.
3. Васильев В. А. Радиолюбителю о транзисторах. – М.: Досааф,1973.
4. Диоды и транзисторы/ Под редакцией Чернышёва. – М.: Энергия, 1976.
5. Петухов В. М., Таптыгин В. И., Хрулев А. К. Транзисторы полевые. – М.: Сов. Радио, 1978.
6. Пляц О. М. Справочник по электровакуумным, полупроводниковым приборам и интегральным схемам. – Минск: Вышэйшая школа, 1979.
7. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам/ Под редакцией Н. И. Горюнова. – М.: Энергия, 1979.
8. Терещук Р. М., Терещук И. М., Седов С. А. Полупроводниковые приёмно усилительные устройство. Справочник радиолюбителю. Издание второе, стереотипное. – Киев: Наукова думка, 1982.
9. Транзисторы/ Под редакцией А. А. Чернышёва. – М.: Энергия, 1979