1

Elektr/TU_ uk-pr a, 63, 118kB

PODSTAWOWE UKŁADY PRACY

1. UKŁAD ZE WSPÓLNYM ŹRÓDŁEM

Rys. 5.5. Układ ze wspólnym źródłem [U.Tietze..]

Równania opisujące TP:

DS

ds

GS

m

D

G

dU

r

dU

g

dI

dI

1

0

;

(7)

Rezystancja wejściowa

r

we

= r

gs

≈ ∞;

(9)

Transkonduktancja

D

DSS

p

const

U

GS

D

m

I

I

U

dU

dI

g

DS

2

;

(3)

Rezystancja drenu

const

U

D

DS

ds

GS

dI

dU

r

;

Znajdziemy REZYSTANCJĘ WYJŚCIOWĄ. Wg IpK dla węzła drenu można

zapisać:

dI

WY

= dI

Rd

+ dI

DS

=

ds

D

WY

ds

D

D

ds

WY

ds

WY

D

WY

r

R

dU

r

R

R

r

dU

r

dU

R

dU

1

,

skąd r

wy

=

ds

D

WY

WY

r

R

dI

dU

.

(10)

2

Zanalizujemy WZMOCNIENIE NAPIĘCIOWE

k

U0

układu w stanie jałowym

(czyli R

L

= ∞). Zgodnie z Rys. 5.5 mamy:

dU

WE

= dU

GS

;

dU

DS

= dU

WY

;

dU

WY

= - dI

D

R

D

.

(*)

Po podstawieniu wyrażeń (*) do wzoru (7)

ds

WY

WE

m

D

WY

r

dU

dU

g

R

dU

, skąd

WE

m

D

ds

WY

dU

g

R

r

dU

)

1

1

(

oraz ostatecznie

k

Uo

= - g

m

( R

D

││r

ds

) .

(8a)

Maksymalne wzmocnienie napięciowe (przy R

D

>> r

ds

)

k

Umax

= - g

m

r

ds

,

(8)

*

Dla TP z kanałem typu

n

mieści się w zakresie 100 …300.

WSPÓŁCZYNNIK ZAWARTOŚCI HARMONICZNYCH PRĄDU DRENU

w

funkcji AMPLITUDA SYGNAŁU WEJŚCIOWEGO SINUSOIDALNEGO

Zbadamy THD(I

D

) w układzie ze WŹ, uwzględniając charakterystykę przejściową

TU. Charakterystyka przejściowa jest opisana równaniem:

2

)

1

(

p

GS

DSS

D

U

U

I

I

(1)

poza tym ogólny wzór

1

2

3

2

2

...

)

(

m

m

m

D

I

I

I

I

THD

.

(**)

Dokonamy obliczeń TPD(I

D

) przy sinusoidalnym wysterowaniu wejścia wokół

ustalonego punktu pracy sygnałem

u

WE

(t) = U

WE

+ U

m

sinωt

.

Po podstawieniu

u

WE

(t) = U

GS

do równania (1) otrzymamy:

3

t

U

U

t

U

U

U

U

U

U

U

U

U

I

U

t

U

U

I

t

i

p

m

p

m

WE

p

m

p

m

p

WE

DSS

p

m

WE

DSS

D

2

cos

2

sin

2

2

2

1

sin

1

)

(

2

2

2

2

2

2

2

%.

,

100

4

100

4

100

2

2

2

100

)

(

2

2

2

1

2

2

D

DSS

p

m

p

WE

m

p

m

WE

p

m

p

m

m

m

D

I

I

U

U

U

U

U

U

U

U

U

U

U

U

I

I

I

THD

Ostateczne

%

,

100

4

)

(

D

DSS

p

m

D

I

I

U

U

I

THD

Przykład: jeżeli dla TP o parametrach U

p

= -3V i I

DSS

=10mA wybierzemy I

D

=

3mA, to

THD(I

D

) =

%

,

100

57

,

6

100

3

10

3

4

V

U

U

m

m

U

m

THD(I

D

), %

66mV

1 %

132mV

2 %

264mV

4%

0,528 V

8%

Aby THD(I

D

) nie przekroczył 4%, amplituda sygnału wejściowego sinusoidalnego

musi być nie większą od U

m

< 264mV.

2. UKŁAD ZE WSPÓLNĄ BRAMKĄ – są stosowane rzadko.

4

3. UKŁAD ZE WSPÓLNYM DRENEM

Rys. 5.7. Wtórnik źródłowy [U.Tietze..]

Rezystancja wejściowa

r

we

= r

gs

+ k

U0

R

S

≈ ∞;

(1)

W celu obliczenia WZMOCNIENIA NAPIĘCIOWEGO

posłużymy

się

równaniem (7)

ds

ds

gs

m

d

dU

r

dU

g

dI

1

(7)

Uwzględniając, że:

;

s

wy

d

R

dU

dI

;

WE

WY

gs

dU

dU

dU

WY

ds

dU

dU

.

I po podstawieniu do równania (7) mamy:

WY

ds

WY

WE

m

S

WY

dU

r

dU

dU

g

R

dU

1

(

)

;

lub

WE

m

m

ds

S

wy

dU

g

g

r

R

dU

1

1

;

lub

ds

s

m

m

ds

s

s

ds

m

u

r

R

g

g

r

R

R

r

g

k

1

1

1

0

;

5

dla

r

ds

>> R

s

m

s

s

s

m

s

m

u

g

R

R

R

g

R

g

k

1

1

0

;

(2)

dla

R

s

>> g

m

1

0

u

k

(2a)

*

Wzmocnienie napięciowe jest bliskie jedynki, choć zawsze mniejsze jedności.

REZYSTANCJA WYJŚCIOWA. Aby wyznaczyć r

wy

powrócimy do wyrażenia

(2)

:

WE

WY

s

m

s

m

u

dU

dU

R

g

R

g

k

1

0

,

które podzielimy postronne na

g

m

:

s

m

s

WE

m

WY

R

g

R

dU

g

dU

1

,

skąd

m

s

s

m

m

s

s

m

s

WY

g

R

R

g

g

R

R

g

R

r

1

1

1

1

.

(3)

Biorąc pod uwagę, ze

R

s

>> 1/g

m

, to

m

WY

g

r

1

.

(3a)

Typowa wartość r

wy

wynosi kilkaset omów.

Można wskazać następujące wady wtórnika źródłowego:

- podwyższona wartość rezystancji wyjściowej w porównaniu z TB;

- w trakcie przekazywania sygnału waha się transkonduktancja

g

m

jak i rezystancja

wyjściowa, co powoduje pewną nieliniowość (zniekształcenie) sygnału wyjściowego.

6

Poprawę parametrów wtórnika źródłowego można uzyskać (P. Horowitz, W. Hill:
Sztuka elektroniki, Część 1, Warszawa,1995):

- zastępując rezystor R

S

źródłem prądowym.

Stałość prądu źródła sprawia, że wartość
napięcia U

GS

jest prawie stała, co dale

zmniejszenie zniekształceń nieliniowych

- układ wtórnika źródłowego złożony z dwóch tranzystorów polowych (Rys.3.28)

dobranych w parę. Przez tranzystor T2 płynie prąd o wartości określanej
napięciem bramki U

GS

= 0. Tak więc dla obu tranzystorów mamy U

GS

= 0 i w ten

sposób otrzymaliśmy wtórnik źródłowy o zerowym przesunięciu napięcia miedzy
wejściem a wyjściem;

- omawiany układ z Rys.3.28 bywa zwykłe modyfikowany przez dodanie
rezystorów w obwodach źródeł TP – patrz. Rys.3.29. Tak zmodyfikowany układ

umożliwia ustalenie innej niż I

DSS

wartości prądu drenu I

D

. Ten układ wtórnika

jest bardzo popularny, jako stopień wejściowy wzmacniaczy odchylania pionowego

oscyloskopów.