Elektronika W Zad cz 2 4

W Ciązynski ELEKTRONIKA W ZADANIACH Część 3 Annli/a małosygruiłowa układów półprzewodnikowych

Zadanie 3.13

Obliczyć    podstawowe    wielkości

charakterystyczne wzmacniacza prądu zmiennego z tranzystorem E-MOS pokazanego na rysunku 3.13.1, tzn.:

Iwzmocnienie napięciowe k„:

2.    rezystancję wejściową

3.    rezystancję wyjściową jeśli zachowanie tranzystora dla małych przyrostów prądów i napięć w otoczeniu jego punktu pracy w tym układzie opisują parametry małosygnałowe typu y o wartościach:

\'2I = Sm = 2,0 mS; yn = g_lls = 15 pS;

V// = 0; oraz yn = 0. a dla częstotliwości sygnału wejściowego impcdancje kondensatorów sprzęgających C_m, Cn oraz C, są równe zeru (tzn. kondensatory te można uważać za zwarcie). Wzmacniacz pracuje w stanie biegu jałowego, tzn. bez zewnętrznego obciążenia, czyli traktujemy rezystor R_D jako jedyne obciążenie tranzystora).

ws

Rozwiązanie 1

i.= 0

W"°

te	i	1	Pi kh	rw	‘-'0 >-.......^;
' j			—.•

Rys. 3.13.3

Postępując zgodnie z zaleceniami omówionymi we Wprowadzeniu (patrz rozdział W3.6) otrzymujemy schemat zastępczy analizowanego układu dia składowej zmiennej o postaci jak na rysunku 3.13.2. Podłączone do stałych napięć zasilających końce rezystorów R, i R_D na naszym schemacie znajdują się na potencjale zerowym (masie układu). Okazuje się, że rezystory R_t i R₂

polaryzujące bramkę są włączone równolegle i tworzą rezystancję Rc = 0,5 Mft. Kondensatory sprzęgające C„, i C„, są traktowane jak zwarcie. Kondensator C, zwiera rezystor Rs polaryzacji źródła tranzystora (zapewniający także ujemne sprzężenie zwrotne dla prądu stałego, a zatem poprawiający stałość temperaturową punktu pracy tranzystora). Źródło tranzystora znajduje się więc dla sygnału zmiennego na potencjale masy i tranzystor pracuje w konfiguracji ze wspólnym źródtem (WS). Zastąpienie tranzystora jego schematem małosygnalowym dla parametrów y prowadzi do prostego schematu pokazanego na rysunku 3.13.3, z którego można wprost obliczyć żądane wielkości charakterystyczne wzmacniacza.

Ad 1. Zauważmy, że wobec u, = u_ltc mamy napięcie wyjściowe określone jako ujemny spadek napięcia wynikający z przepływu prądu SPM równego y_2/ «„_r przez _r_, ^ _A^c"f^yAllti: elektronika w zadaniach

powered by

Mi siol

CzęSĆ 3 Analiza malosygnalmw, układów półprzewodnikowych

równolegle połączenie admitancji Yp = MR_D = 1/(5kQ) = 0,2 mS małosygnałowej admitancji kanału drcn-żródto g,_h = y_2}:

(3.13.1)

(Yp+y_u)

skąd już bezpośrednio możemy wyznaczyć wzmocnienie napięciowe układu jako:

_: = -9,30    (3.13.2)

_k = ~>zi - ~8« _    -2mS __2_

‘ u„ Y„ + y_u Y„+g0,2/nS +15 |xS ^_ 0,215

Ad 2. Rezystancja bramka-kanał tranzystora MOS jest bardzo duża (tranzystor jest elementem sterowanym napięciowa, dlatego powyżej przyjęto yn = 0), prąd bramki nie płynie i - jak to widać na rysunku 3.13.3 - rezystancja wejściowa wzmacniacza zależy tylko od rezystorów polaryzacji bramki i wynosi R,„ = R_c, = 500 kO.

Ad 3. Jak wynika bezpośrednio z rysunku 3.13.3 wzmacniacz widziany z zacisków wyjściowych możemy na mocy tw ierdzenia Thevcnina zastąpić SEM równą napięciu biegu jałowego (określoną zależnością 3.13.3) i rezystancją szeregową równą równoległemu połączeniu malosygnalowej rezystancji drcn-źródlo tranzystora MOS równej My22 = 1/g* oraz rezystancji R_D. Mamy więc:

R... — ■

1

^Y» ⁺ S a

1

0,2 mS +15 p5

—— *0=4,65*0 0,215

(3.13.3)

Rozwiązanie 2

Rozwiążemy to zadanie po raz drugi metodą macierzy admitancyjncj. Schemat zastępczy z rysunku 3.13.2 po usunięciu zbędnych teraz oznaczeń, pokazany ponownie na rysunku 3.13.4 zawiera tylko 2 węzły. Jego macierz elementów biernych jest pokazana na rysunku 3.13.5, a macierz tranzystora MOS w połączeniu ze wspólnym źródłem (WS) na rysunku 3.13.6.

CD (G)_© (D)    © (G)_© (D)

©CG)	Yc,	0	© (G)	0	0
©CD)	0	Yd	© (D)	_Sb_	gil*

Rys. 3.13.5 Macierz elementów bicrnycli    Rys. 3.13.6 Macierz admitancyjna

układu z rysunku 3.13.1    tranzystora MOS w konfiguracji WS

Tranzystor MOS uwzględniamy w pełnej macierzy układu w taki sposób, że jego macierz admitancyjną (patrz rysunek 3.13.6) nakładamy na macierz elementów biernych, co odpowiada dołączaniu admitancji jego schematu zastępczego do odpowiednich węzłów. Uzyskujemy w ten sposób (patrz rysunek 3.13.7) pełną macierz opisującą analizowany układ, pozwalającą na wyznaczenie jego poszukiwanych wielkości charakterystycznych.

© (G)_© (D)

Yc	0
	Yd + g,h

Rys. 3.13.7 Macierz admitancyjna układu wzmacniacza z rysunku 3.13.1

© (G)

© CD)

-67-