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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Sobre el cálculo de pasos en un transistor de efecto de campo. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / diseñador radioaficionado calcular los pasos de diferentes pasos en un transistor de efecto de campo será mucho más fácil si utiliza una aproximación lineal de sus características, propuesta por el autor de este artículo. Si se conocen el voltaje de corte y la corriente de drenaje inicial de una instancia de transistor en particular, entonces dicho cálculo de pasos da una buena concordancia con la práctica. Se sabe que casi todas las fuentes literarias describen el cálculo de las etapas de amplificación con un transistor de efecto de campo solo en el modo de una pequeña señal de corriente alterna. No es fácil encontrar incluso recomendaciones para elegir el modo inicial del transistor. Mientras tanto, para la mayoría de los casos prácticos, es más necesario calcular los pasos para corriente continua. La técnica propuesta en el artículo permite calcular los pasos de los nodos más comunes en la práctica: amplificadores de CC, estabilizadores de corriente, etc. En este caso, el cálculo de los pasos para corriente alterna en el modo de señal pequeña para baja y media Las señales de frecuencia serán cálculos generales de pasos para corriente continua. Para mayor precisión, nos limitaremos a considerar transistores de canal n con un canal integrado; para canales p, solo necesita cambiar la polaridad del voltaje. Se acepta que las características transitorias lc=f(Uzi) del transistor se aproximan mediante una función cuadrática. Esto es en gran parte cierto para los transistores de un solo canal, pero han estado fuera de producción durante mucho tiempo. En la actualidad, incluso los transistores de efecto de campo de baja potencia son un conjunto de varias celdas de canales conectadas en paralelo, y las potentes contienen hasta varios cientos, a veces miles. Debido a este y algunos otros factores, la respuesta transitoria real de tales transistores se encuentra entre funciones lineales y cuadráticas. La aproximación de una característica real por una función cuadrática solo puede conducir a una complicación del cálculo de los pasos, que no se justifica por el correspondiente aumento de precisión. Es más conveniente utilizar una aproximación lineal para calcular los pasos. Hay dos puntos característicos en la respuesta transitoria del transistor: la corriente de drenaje inicial Ico del transistor, determinada en Uzi = 0. y el llamado voltaje de corte Uotc (Fig. 1a). Y si todo está claro con la primera pregunta, entonces con la segunda pregunta es más difícil.
El hecho es que la característica transitoria tiende asintóticamente al eje Uzi, por lo que es imposible especificar el voltaje en el que la corriente de drenaje será igual a 0 (es decir, el verdadero voltaje de corte). Por lo tanto, se adoptó el valor condicional U: el voltaje al que la corriente de drenaje es de 10 μA, es decir, un valor fácil de medir. Sin embargo, es precisamente cerca de este punto donde la característica tiene una curva particularmente pronunciada, lo que da la mayor componente del error en la aproximación lineal. Sería más correcto determinar el segundo punto al comienzo del tramo de la curva, por ejemplo, según el criterio de reducción del valor diferencial del desnivel o según un determinado valor de la corriente de drenaje. Desafortunadamente, la falta de estadísticas confiables sobre las características transitorias de los transistores de efecto de campo modernos no nos permite resolver claramente este problema. Por lo tanto, se debe aceptar una aproximación lineal con respecto a dos puntos estándar: lco y Uotc. El error que lo acompaña en la mayoría de los casos no supera el 15%, lo que es suficiente para la práctica. En la fig. 1, y la línea recta gruesa muestra una aproximación lineal de las características reales del transistor. En la fig. 2 muestra un circuito seguidor de fuente como ejemplo. Cuando Vin = 0 (si cierra la entrada del repetidor a un cable común), el punto de operación A está en la intersección de la característica transitoria y la línea de carga R y (Fig. 1). El punto de operación real está en la intersección de la respuesta transitoria real y la línea de carga: este es el punto B. La figura ilustra la naturaleza del error debido a la aproximación lineal.
La posición inicial del punto de operación A para la corriente Istart, determina la expresión: Istart = Ico / (S·Ri+1). y en términos de voltaje, se puede expresar como Unach Ri = lco Ri Rn/(S Ri+1). donde S \u2d lco / Uotc es la pendiente promedio de la característica, y Ri es la resistencia de la resistencia Ri (Fig. XNUMX). Cuando la puerta está conectada a un cable común, el repetidor se convierte en una red de dos terminales estabilizadora de corriente (estabilizador de corriente). De acuerdo con la primera fórmula, puede calcular la corriente de estabilización. La tensión mínima a la que el dispositivo entra en el modo de estabilización de corriente es . La caída de voltaje a través del canal del transistor UCi se determina mediante una familia de características de salida o experimentalmente. Si Ri = 0. La corriente de estabilización es máxima e igual a Iso, la resistencia de salida es mínima y casi igual a la resistencia de salida del transistor. Con el suministro de una tensión Uin constante (por ejemplo, positiva) a la entrada del seguidor de la fuente, el punto de operación se desplaza a la posición A, y su nueva coordenada de corriente I corresponde a la expresión: Ri+1). El valor de la tensión de cierre del transistor se determinará en It=0, es igual a Uotc. En términos de voltaje, la nueva posición del punto de operación se puede expresar mediante la relación: Ut=lt Ri=Ri(lco+ Uin. S)/(S Ri+1). Los límites de la tensión de entrada en la región de valores positivos se describen generalmente mediante la fórmula: Uin = [Imax(S·Ri+1)-lco]/S, donde Imax es la corriente máxima del transistor. Corriente máxima Imáx. limitada por varios factores. Entonces. para transistores con una puerta en forma de unión p-n, no debe exceder Ic0, de lo contrario, la puerta entrará en modo de polarización directa y la resistencia de entrada del transistor disminuirá considerablemente. Teniendo esto en cuenta, se simplifica la última fórmula: Uin = lCo·Ri. El límite del intervalo de operación del lado del voltaje negativo no depende del modo de operación inicial del transistor y siempre comienza desde Uotc. De lo anterior se deduce que para extender el intervalo de operación, se debe seleccionar un transistor con un valor Uotc grande. Para un transistor de puerta aislada, el valor está limitado solo por el límite de corriente permitido para el dispositivo o la disipación de potencia permitida. En cualquier caso, 1 máx. no puede exceder Upit/Ri. Al calcular los pasos para un paso en particular, el valor de I está determinado por cada uno de los factores discutidos anteriormente, se elige el más pequeño y es este el que se sustituye en las fórmulas. Transformando la expresión para Ut, obtenemos Ut = Ico Ri/(S Ri+1 )+Uin S Ri/ (S Ri+1). Esta fórmula muestra claramente que la característica Uout = f(Uin,) para un repetidor de transmisión es lineal. La pendiente de conversión Kns del seguidor fuente es igual a: Кns = ΔImax/ ΔUin = S/(S·Ri + 1). En consecuencia, el coeficiente de transferencia de tensión Knu = Knl·Ri = S·Ri/(S·Ri+1). En la fig. 1b muestra la característica Ic = f(Uin) del seguidor fuente. La característica de transferencia Uout = f(Uin) tiene una forma similar. desde Uout \uXNUMXd Ic·Ki. En la fig. 3 muestra un diagrama de una etapa amplificadora típica, en la que el transistor se ensambla de acuerdo con un circuito de fuente común con una resistencia R y polarización automática.
El modo inicial del transistor está determinado por la resistencia de esta resistencia. Al configurar el modo actual del transistor (en ausencia de una señal de entrada), la resistencia de la resistencia se puede determinar mediante la fórmula: Rand \uXNUMXd (Iso "Inach) / Inach S. Por lo general, el punto de operación se elige en el medio de la característica, es decir, Istart = Ico / 2 y Ustart = Uotc / 2, y esta fórmula se simplifica: R y = I / S = Uotc / Ico. Si la posición inicial del punto de operación en la característica debe ser asimétrica (por ejemplo, en el caso de una señal de entrada asimétrica), la resistencia de la resistencia Rand en un valor dado de Uinit, la compensación inicial está determinada por la fórmula: Ri = Uinit / (lco-Uinit S). El voltaje en el drenaje del transistor será igual a Uc \uXNUMXd Upit - Inach ·Rc. Con una señal simétrica, la resistencia de la resistencia Rc, que proporciona el rango máximo de voltaje de salida en ausencia de distorsión, se encuentra mediante la fórmula: Rc \u2d (Upit - Unach) / 0.5I. Si el punto de operación se elige en el medio de la característica de transferencia del transistor, entonces Rc = (Upit - XNUMXUotc)lco. La resistencia R y es un elemento del OS negativo. etapa de reducción. Para eliminar la acción del OS en voltaje alterno, generalmente incluyen un capacitor de bloqueo Cbl que se muestra en la Fig. 3 líneas discontinuas. Con este capacitor, la amplitud de las medias ondas negativas de la señal de entrada no debe exceder un valor igual al voltaje de corte del transistor. También es posible eliminar la acción del sistema operativo en el voltaje alterno de otra manera: al incluir en el circuito fuente de un transistor en lugar de una resistencia, un elemento cuyo voltaje dependa poco de la corriente que fluye a través de él, por ejemplo, un directo- en diodo, un estabistor, etc. Sin embargo, tal solución de diseño de circuito solo es posible en el caso en que el voltaje en este elemento sea igual a Unach. Si el voltaje en el elemento es algo menor, entonces se conecta una resistencia adicional de pequeña resistencia en serie con él. El coeficiente de transferencia Knu de una etapa ensamblada según un circuito fuente común viene determinado por la conocida expresión: Knu=S·Rc. Si hay una resistencia en el circuito fuente, Knu disminuye: Knu=S·Rc/ (S·Ri+1)=lco·Rc/(lco·Ri+Uotc). La señal en el drenaje del transistor VT1 (salida 1) está en antifase con la entrada, y la señal en la fuente (salida 2) está en fase, lo que permite utilizar esta etapa como divisor de fase. Por lo general, los divisores de fase requieren que los valores de amplitud de la señal para ambas salidas sean iguales: Uout1 = Uout2 o lc·Rc=lè·Rè. Dado que lc=l y la condición para la igualdad de amplitudes se ve así: Rc = Rand. En este caso, los valores del coeficiente de transmisión para ambas salidas también serán iguales. Coeficiente de transferencia, resistencia de las resistencias Rc y Rand. así como otros parámetros necesarios se pueden calcular utilizando las fórmulas presentadas anteriormente. Considere, por ejemplo, las condiciones bajo las cuales la etapa según el esquema en la Fig. 3 enciende la salida 1 en un inversor lineal con Knu = 1. Igualando Knu en la última fórmula a uno, obtenemos Rc - Ri \u1d XNUMX / S \uXNUMXd Uotc / Ico. Tal etapa, por analogía con una similar en un transistor bipolar, puede llamarse seguidor de drenaje. Autor: A. Mezhlumyan, Moscú
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