Материал: Физические основы и схемотехника электронных устройств автоматики. Гиоргадзе А.L., Кириллов Ю.В

Помимо высокого входного сопротивления полевые транзисторы имеют ряд преимуществ по сравнению с биполярными. Так как в полевом транзисторе ток ic вызван перемещением основных носителей, концентрация которых определяется преимущественно количеством примеси и поэтому мало зависит от температуры, то полевые транзисторы более температуростабильны, т.е. меньше изменяют свои характеристики и параметры при изменении температуры. Они могут хорошо работать в более широком интервале температур. При повышении температуры наблюдается только значительное увеличение тока затвора (тока неосновных носителей), но все же он остается достаточно малым, и поэтому входное сопротивление сохраняет высокие значения. Полевой транзистор создает меньшие шумы и обладает более высокой стойкостью к воздействию ионизирующего излучения. По радиационной стойкости эти транзисторы приближаются к электронным лампам. Недостаток многих полевых транзисторов - сравнительная невысокая крутизна.

Как правило, выпускаются кремниевые полевые транзисторы. Кремний применяется потому, что ток затвора, т.е. обратный ток n -p-перехода, получается во много раз меньше, чем у германия.

При температуре 200С постоянный ток затвора может составлять лишь 1 нА, т.е. 10-9А.

2.3. Эмиттерный повторитель

Рассмотрим методы изменения выходного сопротивления усилительного каскада, когда источник должен питать нагрузку с определенным сопротивлением.

Если для оптимальной передачи напряжения в последующую цепь выходное сопротивление должно быть уменьшено, то используют транзистор в схеме включения с общим коллектором – эмиттерный повторитель. В этой схеме (рис. 2.57) коэффициент усиления напряжения лишь чуть меньше единицы Ku<1. Однако, благодаря усилению тока в транзисторе, эмиттерный повторитель понижает выходное сопротивление любого источника сигнала, подключенного к его входу. Транзистор каскада работает в активном режиме.

169

Рис. 2.57

Входной сигнал источника колебаний Uвх (Uk) вызывает появление во входных цепях каскада переменных составляющих токов iR, iRэ и iБ. В коллекторной и эмиттерной цепях транзистора также появляются переменные составляющие токов iK и iЭ.

Особенностью схемы является полная ООС, т.к. выходное напряжение UВЫХ действует на выходе схемы и на ее входе, где Uвых и Uвх складываются и совместно управляют током базы транзистора.

Для того, чтобы Uвых имел возможно большую амплитуду колебания, следует выбрать оптимальный режим работы транзистора по постоянному току (току покоя). Выбор тока покоя зависит от переменного тока, необходимого для создания Uвых. Чем больше колебания тока, тем больше должен быть ток покоя, чтобы схема оставалась в линейном режиме.

Схема эмиттерного повторителя с точки зрения переменного сигнала показана на рис. 2.58,

Рис. 2.58

170

где iК, iБ, iЭ – переменные составляющие токов; UК – источник колебаний; Е2 – источник питания; rЭ – малое сопротивление перехода между базой и эмиттером.

Переменные токи и напряжения в схеме отличаются от постоянных. В эмиттерном повторителе вход соединен с выходом, смещенным в прямом направлении переходом между базовой и эмиттерной областями. Сопротивление этого перехода мало и его реальное значение равно примерно rэ 25 Ом при значении постоянной составляющей тока эмиттера, равной Iэ=1mA (выбор произволен). Для того, чтобы Uвых имело возможно большую амплитуду колебания, следует выбрать напряжение покоя на эмиттере около 4,5В при коэффициенте усиления по току транзистора 100 – 200. Получается, что при токе покоя 1mA сопротивление Rэ=4,5∙103 Ом.

Вход эмиттерного повторителя соединен с выходом через rэ«Rэ. Сопротивления rэ и Rэ образуют для сигнала делитель напряжения и коэффициент усиления по напряжению равен

Напряжение на эмиттере почти точно повторяет напряжение на базе, откуда и приходит название схемы.

Из рис. 2.58, пренебрегая паразитными емкостями (исключая случай очень высоких частот), можно вычислить значение

Известно, что ik=α iб, где α – коэффициент усиления по току транзистора по отношению к малым переменным сигналам.

эмиттерного повторителя Ku<1 и по отношению к малым переменным сигналам можно записать, что Uвх≈Uвых, получаем

171