Ενισχυτές με FET. Σπύρος Νικολαΐδης Καθηγητής Τομέας Ηλεκτρονικής & ΗΥ Τμήμα Φυσικής

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Ενισχυτές με FET. Σπύρος Νικολαΐδης Καθηγητής Τομέας Ηλεκτρονικής & ΗΥ Τμήμα Φυσικής"

Κλαύδιος Αλεξανδρίδης
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Ενισχυτές με FET Σπύρος Νικολαΐδης Καθηγητής Τομέας Ηλεκτρονικής & ΗΥ Τμήμα Φυσικής

2 Ενισχυτές με FET Τα FET οδηγούνται με την τάση u GS ενώ τα BJT με το ρεύμα i B Μηχανισμός ενίσχυσης Για το FET η σχέση i D =f(u GS ) είναι μη γραμμική σε αντίθεση με την i D =βi B που ισχύει για τα BJT Οι ενισχυτές με FET πρέπει να λειτουργούν με μικρά πλάτη για να μην υπάρχουν ισχυρές παραμορφώσεις Δεν υπάρχει ανάγκη για τοποθέτηση του Q στο μέσο της AC ευθείας φόρτου

3 Πόλωση των FET - Αυτοπόλωση Η τεχνική της αυτοπόλωσης μπορεί να εφαρμοστεί στα JFET και στα MOSFET διακένωσης επειδή σε αυτά η τάση πόλωσης GS έχει αντίθετο πρόσημο από την τάση τροφοδοσίας DD I I GS GS s D GS 0 D s s ID ID s ID DS DD 0 Ενισχυτής JFET διαύλου n με αυτοπόλωση I D 1 DD DS s s DC Ευθεία Φόρτου

4 Πόλωση των FET - Αυτοπόλωση s I DD DD Υπολογισμός στοιχείων ενισχυτή Επιλέγουμε τη τάση τροφοδοσίας Επιλέγουμε το σημείο πόλωσης Q Προσδιορίζουμε τα DS, I D, GS από το Q Από τις προηγούμενες σχέσεις υπολογίζουμε τις αντιστάσεις

5 Παράδειγμα Ζητείται να προσδιορισθούν τα στοιχεία του ενισχυτή Λύση Επιλέγουμε τη τάση τροφοδοσίας: DD =20 Επιλέγουμε I DD =7mA Επιλέγουμε το σημείο ηρεμίας Q. Έχουμε DS = 10, I D =3,4mA, GS =-2 s GS 2 0,59 I 3,4mA D DD 20 s 2,86 I 7mA DD 2,86 0,59 2, 27

6 Χρήση διαιρέτη τάσης για τη σταθεροποίηση του σημείου πόλωσης Η θερμοκρασία μεταβάλλει τα χαρακτηριστικά των FET και μετατοπίζει το σημείο λειτουργίας Υπάρχει και διασπορά χαρακτηριστικών από FET σε FET που αποτρέπουν τη σταθερή θέση του Q από κύκλωμα σε κύκλωμα Χρησιμοποιείται διαιρέτης τάσης για τη σταθεροποίηση του Q Στο Σχ. (β) ο διαρέτης τάσης έχει αντικατασταθεί κατά Thevenin g GG DD

7 Χρήση διαιρέτη τάσης για τη σταθεροποίηση του σημείου πόλωσης Αν δεν υπάρχει διαιρέτης τάσης οι δυο ακραίες θέσεις του Q δίνουν μεγάλη απόκλιση Δi D Με διαιρέτη τάσης και s ως αντίσταση πηγής sid GG GS 0 I D 1 GG GS s s Η ευθεία αυτή τέμνει τις ακραίες χαρακτηριστικές στα σημεία Q 1, Q 2 παρέχοντας μικρότερη απόκλιση (Δi D ). Πρέπει s > s

8 Παράδειγμα Να υπολογιστούν οι τιμές των αντιστάσεων 1, 2, s και του ενισχυτή ώστε Δi D <0,7mA Λύση Επιλέγουμε το Q 1 στο μέσο, και το Q 2 ώστε να απέχει προς τα άνω 0,7mA Ενώνουμε τα σημεία Q 1, Q 2 με ευθεία που τέμνει τον άξονα τάσεων στο GG =8 Από την ευθεία φόρτου Επιλέγουμε τη τιμή της DD =25 s 8 3,64 2,2mA 1 DD GG ,13 8 Επιλέγουμε σημείο πόλωσης στο μέσο των Q 1, Q 2 και έχουμε I D =2,8mA, GS =-2,5 I 2I 5,6mA DD 0,82 DD D s IDD 2 GG

9 Πόλωση των FET προσαύξησης Στα FET προσαύξησης η πύλη πολώνεται σε GS που έχει το ίδιο πρόσημο με το DD Εναλλακτικές πολώσεις

10 Παράδειγμα Για το προηγούμενο κύκλωμα (β) : DD = 10, K=2mA/ 2, T =2, λ=0,01. Ζητείται να υπολογισθεί η τιμή της ώστε I D =2mA και να βρεθούν οι τιμές των g m, r. Λύση ID GS T ή GS T K ID 2 GS T 2 3 K 2 I ή G D DD D G GS DD GS ,5 I 2 ma 1 2 r 50K gm 2 KI D 2 22 ma / ma 4 ma / 1 0,01 2 ma D

11 Ενισχυτής JFET με κοινή πηγή AC ισοδύναμο Αντίσταση εισόδου // i 1 2 Απολαβή τάσης u r // g u o m i // r A g u m Αντίσταση εξόδου o o // L r r // o u A r g u m ui

12 Παράδειγμα Για τον προηγούμενο ενισχυτή έχουμε: 1 =2,2ΜΩ, 2 =10ΜΩ, =10ΚΩ, L =200ΚΩ, g m =2mA/ και r =100KΩ. Ζητείται να βρεθούν τα μ, i, A u και o Λύση ma rg m i 1/ / 2 2,2 / /10 1,80 / / 10 / /200 9,52 L A r / / g (100 / /9,52 ) 2 ma / 17,4 u m / / r 10 / /100 9,09K o

13 Παράδειγμα Για τον προηγούμενο ενισχυτή έχουμε: DD =20, =5KΩ, 1 =2MΩ, L, I DSS =10mA και p =-5. Επιλέγουμε I D =4mA και σαν τάση Thevenin GG =5. Ζητείται να βρεθούν οι τιμές των 2, s, η προσεγγιστική A u. Θεωρούμε r >>. Λύση GG GG DD 2 0, DD GG 20 5 GS I 4 D p (1 0, 63) 1,84 I DSS 10 GG GS 5 ( 1,84) GG GS si D s 1,71 K I 4mA D A ma g 5 2,53 12,65 u m g mo 2IDSS ma / 5 p GS 1,84 gm gmo ,53 ma / p 5

14 Ενισχυτής με αντίσταση στον απαγωγό και στην πηγή AC ισοδύναμο i g u m gs u o r u s ugs ui us ui si Απολαβή τάσης s u i u s s s o u u u gs i o u ( / / ) i i o L 1 s 1 1 s uo gm( ui uo) uo ( uo) r r uo gm 1 gm Au, 1 r Au gms 1 Au u 1 i 1 ( g ) r 1 gms s m s r r

15 Ενισχυτής με αντίσταση στον απαγωγό και στην πηγή / / o o Αντίσταση εξόδου Το ρεύμα i παράγεται από μια πηγή τάσης u o που τοποθετείται στην έξοδο u gs i s 1 1 i g ( i ) u i r r m s o s uo o s r (1 gms ) r (1 gms ) i Αν θέσουμε =10ΚΩ, s =1ΚΩ, L =100KΩ, r =100ΚΩ, g m =5mA/ έχουμε: 10 / /100 9,09 A u 59,09 1 9,09 1 (5 ) ,45 100(1 51) 600 o / / 10 / /600 9,84 o o

16 Ενισχυτής FET με κοινό απαγωγό Ακολουθητής τάσης Ανάλογος με τον ενισχυτή κοινού συλλέκτη AC ισοδύναμα Αντίσταση εισόδου i / / 1 2

17 Ενισχυτής FET με κοινό απαγωγό Ακολουθητής τάσης Απολαβή τάσης r / / / / u ( u u ) g s L o i o m uo gm Au, gm 1 Au 1 u 1 g i m Αντίσταση εξόδου Αν βραχυκυκλώσουμε την είσοδο u i =0 και θεωρήσουμε ότι στα άκρα εξόδου δρα μια πηγή τάσης u o που προκαλεί ρεύμα i o τότε το ρεύμα από την r είναι ( ui uo) gm io uogm io (1 r g ) u r i uo r ( io uogm) m o o uo r 1 o, r gm 1 o i 1 r g g o m m s / / o

18 Ενισχυτής FET με κοινό απαγωγό Ακολουθητής τάσης Ο ακολουθητής τάσης έχει απολαβή τάσης περίπου μονάδα, έχει μεγάλη αντίσταση εισόδου και σχετικά μικρή αντίσταση εξόδου Έστω ότι g m =4mA/, r =100KΩ, s =5KΩ, L, τότε προσεγγιστικά o 1 0,25 4 ma A u ,95 Η αντίσταση εξόδου του ακολουθητή πηγής είναι γενικά πολύ μεγαλύτερη από την αντίσταση εξόδου του ακολουθητή εκπομπού

19 Παραμόρφωση στους ενισχυτές FET Για το FET έχουμε i D u GS 2 IDSS (1 ) cos gs sm p u t Θεωρώντας συνημιτονικό σήμα εισόδου και λαμβάνοντας υπόψη την DC πόλωση GS Το συνολικό ρεύμα του απαγωγού είναι Δεδομένου ότι u t GS cos GS sm GS sm GS GS sm sm 2 id IDSS 1 cos t IDSS 1 2IDSS 1 cos t IDSS cos t p p p p p p cos t (1 cos 2 t) 2 2 1

20 Παραμόρφωση στους ενισχυτής FET GS sm GS sm I DSS sm id I DSS 1 2IDSS 1 cost cos 2t p 2 p p p 2 p DC όρος Χρήσιμο σήμα Παραμόρφωση D Συντελεστής παραμόρφωσης 2 I DSS sm ά ύ ό 2 p D ά ή ύ GS sm 2IDSS 1 p p sm 4p GS Η παραμόρφωση είναι ανάλογη του πλάτους sm

21 Το FET σαν μεταβλητή ωμική αντίσταση Για μικρές τιμές του u DS ισχύει i 2 K( u ) u D GS T DS Αντίσταση καναλιού για μικρές u DS r uds 1 i 2 K( ) D GS T Ελεγχόμενη από την u GS

22 Ενισχυτής ελεγχόμενης απολαβής Κύκλωμα ενισχυτή που η ενίσχυσή του ελέγχεται αυτόματα και χρησιμοποιείται για να διατηρεί το πλάτος του σήματος εξόδου σταθερό παρά την μεταβολή του πλάτους του σήματος εισόδου Αρνητική ανάδραση Χρήση σε ραδιοφωνικούς δέκτες για την ανεξαρτητοποίηση της έντασης του ήχου από τις διακυμάνσεις του ραδιοφωνικού σήματος

Σχετικά έγγραφα

Πόλωση των Τρανζίστορ

Πόλωση των Τρανζίστορ Πόλωση λέμε την κατάλληλη συνεχή τάση που πρέπει να εφαρμόσουμε στο κύκλωμα που περιλαμβάνει κάποιο ηλεκτρονικό στοιχείο (π.χ τρανζίστορ), έτσι ώστε να εξασφαλίσουμε την ομαλή λειτουργία