Elektronika W Zad cz 2 4

w Ciąiyński - F.LEKTRONIKA W ZADANIACH

Clfii 3 Anuli/,i m.lojyiiniilowu układów półprzewodnikowych

w Ciąiyński - F.LEKTRONIKA W ZADANIACH

Clfii 3 Anuli/,i m.lojyiiniilowu układów półprzewodnikowych

Zadanie 3.20

Dla wtórnika źródłowego na tranzystorze polowym złączowym (ang. j-n FET) pokazanego na rysunku 3.20.1, pobudzanego przebiegiem sinusoidalnym u_Ke o częstotliwości 10 kHz należy:

1.    dobrać wartości rezystancji R, i R₃ takie, aby przy braku obciążenia (tzn. dla R_L = co) uzyskać jednocześnie wzmocnienie k„ = u_m/u_w = 0,9 oraz rezystancję wejściową R_we- 10 MŚ2, jeśli rezystancja R₂ określająca punkt pracy na charakterystyce przejściowej tranzystora jest dana, zachowanie tranzystora dla małych przyrostów prądów i napięć w otoczeniu tego punktu pracy opisują parametry małosygnałowe typu y o wartościach:

y,, = OmS; y_/2 = 0mS; y_2l = _gm = 4 mS; y₂₂ = gj, = Q mS; a dla częstotliwości sygnału wejściowego impedancje kondensatorów sprzęgających C_we i C„_T są równe zeru (tzn. kondensatory te można uważać za zwarcie). Następnie należy:

2.    oszacować wartość napięcia zasilającego E_DD potrzebną do uzyskania bez zniekształceń 5 V_pp napięcia wyjściowego, jeśli w punkcie pracy mamy I_D = 4 mA, a tranzystor pozostaje w pentodowym obszarze charakterystyk wyjściowych dla napięć Uds > 3 V.

Rozwiązanie 1

Aby otrzymać schemat zastępczy analizowanego układu dla składowej zmiennej o postaci jak na rysunku 3.20.2. musieliśmy tym razem tylko podłączony do stałego napięcia zasilającego Eod dren tranzystora potowego zewrzeć z masą, oraz zewrzeć kondensatory sprzęgające C_wr i C„,,. Z rysunku wynika, że napięcia wejściowe i wyjściowe są odniesione do potencjału masy, do którego jest podłączony dren tranzystora. Okazuje się więc, że tranzystor pracuje w konfiguracji WD.

Wrysowanie pomiędzy wyprowadzenia tranzystora jego schematu zastępczego dla podanych w temacie parametrów maiosygnałowych y doprowadza nas do schematu jak na rysunku 3.20.3. Schemat ten zawierający 2 źródła wymuszające («„_e oraz g„ u_gs) może być dla małych sygnałów uważany za liniowy, a więc może być rozwiązany dzięki zastosowaniu zasady superpozycji i podstawowych twierdzeń elektrotechniki.

Ad 1. Pierwsza składowa prądu i», obciążającego źródło sygnału (wynikająca z działania SEM równej u„ przy rozwartej SPM) wynosi:

powered by

Mi si ol

<ur -

(.WP

pierwsza składowa napięcia wyjściowego wynosi zatem:

^(3M2>

Jak wynika z rysunku 3.20.2 napięcie u_gs od którego zależy prąd SPM (drugiego źródła) jest różnicą napięcia wejściowego i wyjściowego. Druga składowa prądu i_we (obliczona dla działającej SPM równej g_m przy zwartej SEM) wynika z rozpływu prądu na dwie gałęzie równoległe o rezystancjach R_t i Rj, czyli R    R

Kr ⁼    ₊    ~^uv ^ ₊ ^    (3.20.3)

Tej sytuacji odpowiada druga składowa napięcia wyjściowego równa spadkowi napięcia na R? i szeregowo z nią połączonej rezystancji R_t ||/?,. Rezystancja R, przez którą płynie stały prąd h będzie miała (podobnie jak R₂) wartość rzędu kil a (ponieważ dążymy do uzyskania rezy stancji wejściowej rzędu Mii) należy oczekiwać że Ri (przez który płynie tylko znikomy prąd stały /_c) okaże się znacznie większe, a więc rezystancja ich równoległego połączenia hędzie miała wartość bardzo bliską R,.

R R

U„ =    '7) = 8J^U,r -ff„,.)(«₂ +R_})

A, + A,

Łącząc ze sobą równania (3.20.2) i (3.20.4) mamy: ffiw =«„ +«iw    • „ +g„,(«u_t -u_n)(R₂ +R_})

(3.20.4)

(.3.20.5)

R1 + R-

-+gJR,+R_y)

(.3.20.6)

Z omówionych powyżej powodów pierwszy składnik w nawiasie po prawej stronic równania jest znacznie mniejszy od drugiego, czyli może być pominięty, a więc wyrażenie określające wzmocnienie napięciowe przyjmuje postać:

¹ -+g_m(^R 2+^3)

k -    - ^R' ⁺ ^

gJ& ⁺ Ri)

(3.20.7)

“ur    l+S,„(^2 + ^3)    ^{1 +} S.,(^2⁺^3)

z której możemy już wyznaczyć spełniającą warunek wzmocnienia k„ = 0.9 wartość rezystancji R₃. Mamy kolejno: g_m(R_z +*,) = *.[! + *,„(/?,+/?,)]

g«(/f_i+/f_J)a-jfe.)=Jt.    (i.20.8)

Ł _    0,9

*,=

(l-0.9)4);i5

-un = i,25m

Z kolei łącząc ze sobą równania (3.20.1) i (3.20.3) mamy:

«...    .    . Rj

--S,„(K»_r

R, + R, “^r Skąd uwzględniając    u,_w otrzymujemy:

*..(*+*,) = *„ [i-*. (I-*.)**]

czyli rezystancję wejściową określoną jako:

(3.20.9)

(3.20.10)

- 107-