7.3. Оформлення звіту

Звіт повинен містити:

• мету лабораторної роботи;

• умовні графічні зображення і позначення польових транзисторів;

• принципову електричну схему лабораторного модуля для дослідження польових транзисторів, виконану згідно із стандартом;

• результати дослідження польових транзисторів, зображені у вигляді таблиць і, графіків;

• висновки, що базуються на аналізі отриманих результатів.

7.4. КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Нарисуйте структури польових транзисторів з індукованим і вбудованим каналами.

2. Нарисуйте і поясніть керуючі (стокзатворні) характеристики польових транзисторів.

3. Як за сім’єю вихідних характеристик визначити диференціальні параметри польового транзистора?

4. Нарисуйте низькочастотну електричну модель польового транзистора і поясніть призначення її елементів.

5. Поясніть принцип роботи польових транзисторів з індукованим і вбудованим каналами.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 8

ДОСЛІДЖЕННЯ ПІДСИЛЮВАЧІВ

НА МДН-ТРАНЗИСТОРАХ

Мета роботи: поглиблення і закріплення знань з основ теорії польових транзисторів, особливостям їхньої роботи в підсилювальних каскадах, придбання навиків і умінь експериментального використання статичних характеристик для побудови лінії навантаження, динамічної вхідної характеристики й оптимального вибору режиму транзистора при посиленні гармонійних і імпульсних сигналів.

8.1. ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Підсилювальні каскади на польових транзисторах, на відміну від біполярних, керуються напругою, яку прикладається до закритого p-n – переходу (в транзисторах з керуючим p-n – переходу) або між затвором і підкладкою (в МДН-транзисторах). Струм затвору в підсилювальних каскадах на польових транзисторах достатньо малий і для кремнієвих структур з керуючим p-n – переходом не перевищує 10 нА. Для МДН-транзисторів цей струм на декілька порядків менше. Для транзисторів з p-n – переходом вхідний опір на низьких частотах складає десятки мегом, а для МДН-транзисторів досягає десятків і сотень тераом. Зі зростанням частоти вхідний опір транзисторів суттєво зменшується через вплив ємностей затвор-витік і затвор-стік.

Серед базових каскадів на польових транзисторах на практиці найбільше розповсюдження отримали каскади з загальним витоком (аналог ЗЕ) і витокові повторювачі (аналог ЗК) (рис. 8.1). Вони відрізняються засобами реалізації статичного режиму: зсув реалізується або за рахунок падіння напруги на резисторі в витоку (рис. 8.1, а, в), або за рахунок подачі на затвор додаткової напруги (рис. 8.1, б, г). Беручі до уваги, що струм затвору польових транзисторів дуже малий, можна вважати в першому випадку напругу затвор-витік практично рівною напрузі опору .

Рис. 8.1 Базові підсилювальні каскади на польових транзисторах:

а) схема з ЗВ і реалізацією зсуву опором R2; б) схема з ЗВ і реалізацією зсуву подільником напруги; в) схема з ЗС і реалізацією зсуву опором R2; г) схема з ЗС і реалізацією зсуву подільником напруги

Для польового транзистора з керуючим p-n – переходом, який працює в широкому діапазоні температур, положення робочої точки може змінюватися через додаткове падіння напруги на резисторі R2, опір якого звичайно вибирається достатньо великим. Це пов’язано зі зміною зворотного струму p-n – переходу, який виконує роль затвору, зі зміною контактної різниці потенціалів затвор-канал і рухливості носіїв заряду в каналі.

Аналіз дестабілізуючих факторів, які визивають зміну струму стоку, показує, що при коливанні температури вони мають різні знаки і, відповідно, можлива їх взаємна компенсація. Точка, в якій за зміни температури зміна струму стоку мінімальна, називається температурно-стабільною точкою. Але ефективна компенсація можлива тільки в малому діапазоні температур. При цьому для польових транзисторів з ізольованим затвором температурно-стабільна точка відсутня взагалі.

Основним заходом підвищення температурної стабільності є збільшення глибини зворотного зв’язку. Це виконується за рахунок збільшення опору , що, в свою чергу, призводить до збільшення напруги зсуву. Як результат, при відносно малих напругах затвор-витік польові транзистори працюють близько режиму відсічки, де крутість характеристики мала. Щоб уникнути цього недоліку, на затвор подається додаткова відкриваюча напруга від подільника напруги на резисторах(рис. 8.1, б, г). Це забезпечує роботу транзистора на ділянках з більшою крутістю.

Польові транзистори з індукованим каналом обов’язково повинні отримувати напругу зсуву від зовнішнього джерела, бо інакше транзистор буде закритим. Температурна стабілізація виконується за рахунок послідовного зворотного зв’язку, який здійснюють за допомогою опору .

Треба відмітити, що температурні зміни струму стоку в польових транзисторах значно менші за зміни в біполярних транзисторах. Тому, як правило, забезпечення необхідної температурної стабільності не викликає труднощів. Зворотній зв’язок, який виникає при цьому, нейтралізують шунтуванням резистора блокувальним конденсатором.

При аналізі підсилювальних каскадів на польових транзисторах оперують з крутістю характеристик і струмом стоку, які відповідають нульовій напрузі затвор-витік. При цьому характеристики польових транзисторів приблизно описуються виразами:

(8.1)

, (8.2)

де – поточне значення струму стоку,– початковий струм стоку за напруги відсічки , – поточне значення крутості характеристики,– поточне значення напруги затвор-витік.

Вхідний опір підсилювальних каскадів на рис. 8.1 в області середніх частот дорівнює опору резистора або . Вихідний опір каскаду з ЗВ дорівнює, де– диференційний опір каналу стік-витік. Для каскадів ЗС за виконання припущеньівихідний опір дорівнює. Коефіцієнти підсилення за напругою каскадів ЗВ і ЗС визначаються за формулами:

; (8.3)

(8.4)