Искусство схемотехники. Том 1 (Изд.4-е)

Хоровиц Пауль

(в) Как будет изменяться ток нагрузки в пределах рабочего диапазона, если известно, что изменение напряжения U_БЭ описывается зависимостью U_БЭ = — 0,001U_кэ (эффект Эрли)?

(г) Чему равен температурный коэффициент выходного тока, если предположить, что коэффициент h_21Э не зависит от температуры? Чему равен температурный коэффициент выходного тока, если предположить, что коэффициент h_21Э увеличивается

относительно номинального значения 100 на 0,4 %/°С?

(3) Разработайте схему усилителя с общим эмиттером на основе транзистора n-р-n– типа по следующим исходным данным: коэффициент усиления по напряжению равен 15, напряжение питания U_кк равно 15 В, коллекторный ток I_к равен 0,5 мА. Транзистор должен быть смещен так, чтобы потенциал коллектора был равен 0,5U_кк, а точке —3 дБ должна соответствовать частота 100 Гц.

(4) Предусмотрите в предыдущей схеме следящую связь для увеличения входного импеданса. Правильно определите точку спада усиления при следящей связи.

(5) Разработайте схему дифференциального усилителя со связями по постоянному току по следующим исходным данным: коэффициент усиления по напряжению равен 50 (для однополюсного выхода) при входных сигналах с напряжением, близким к потенциалу земли; источники питания обеспечивают напряжение +15 В; ток покоя в каждом транзисторе равен 0,1 мА. В эмиттерной цепи используйте источник тока, а в качестве выходного каскада — эмиттерный повторитель.

(6) Выполнив это упражнение, вы получите усилитель, коэффициент усиления которого управляется внешним напряжением (в гл. 3 эта задача решается с помощью полевых транзисторов),

(а) Сначала разработайте схему дифференциального усилителя с источником тока в эмиттерной цепи и без эмиттерных резисторов. Используйте источник питания с напряжением +15 В. Коллекторный ток I_к (для каждого транзистора) должен быть равен 1 мА, а сопротивление коллекторного резистора сделайте равным R_к = 1,0 кОм. Подсчитайте коэффициент усиления по напряжению, при условии что один из входов заземлен,

(б) Теперь модифицируйте схему так, чтобы источником тока в эмиттерной цепи можно было управлять с помощью внешнего напряжения. Составьте приблизительное выражение зависимости коэффициента усиления от управляющего напряжения. (В реальной схеме можно предусмотреть еще одну группу управляемых источников для того, чтобы скомпенсировать смещение точки покоя, обусловленное изменениями коэффициента усиления, или же можно включить в схему еще один каскад с дифференциальным входом.)

(7) Не желая прислушиваться к нашим советам, высокомерный студент создает усилитель, схема которого приведена на рис. 2.82. Он регулирует сопротивление R₂ так, чтобы точке покоя соответствовало напряжение 0,5U_кк.

(а) Определите Z_вх (на высоких частотах, когда выполняется условие  ~= 0).

(б) Определите коэффициент усиления по напряжению для малого сигнала,

(в) Определите грубо, при каком изменении температуры окружающей среды транзистор перейдет в режим насыщения.

Рис. 2.82.

(8)

В некоторых прецизионных операционных усилителях (например, ОР-07 и LT1012) для подавления входного тока смещения используется схема, показанная на рис. 2.83 (подробно показана только половина дифференциального усилителя с симметричным входом, другая половина выглядит точно также). Объясните, как работает схема. Замечание: транзисторы T₁ и Т₂ представляют собой согласованную по пару. Подсказка: вспомните о токовых зеркалах.

Рис. 2.83. Схема подавления входного тока, широко используемая в высококачественных ОУ.

Глава 3

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Введение

Перевод Б.Н. Бронина

Полевые транзисторы (ПТ) — это транзисторы, свойства которых совершенно отличаются от свойств рассмотренных в предыдущей главе обычных транзисторов, называемых также биполярными, чтобы подчеркнуть их отличие от ПТ. В расширенном толковании, однако, они имеют много общего, так что их можно определить как приборы, управляемые зарядом. В обоих случаях мы имеем прибор с тремя выводами, в котором проводимость между двумя электродами зависит от наличия носителей заряда, которое в свою очередь регулируется напряжением, приложенным к третьему управляющему электроду.

Теперь о том, чем они отличаются друг от друга. В биполярном n-p-n– транзисторе переход коллектор-база смещен в обратном направлении и обычно ток через него не течет. Подача на переход база-эмиттер напряжения около 0,6 В преодолевает «потенциальный барьер» диода, приводя к поступлению электронов в область базы, где они испытывают сильное притяжение со стороны коллектора. Хотя при этом через базу будет протекать некоторый ток, большинство такого рода «неосновных носителей» захватывается коллектором. Результатом является коллекторный ток, управляемый (меньшим по величине) током базы. Ток коллектора пропорционален скорости инжекции неосновных носителей в базу, которая является экспоненциальной функцией разности потенциалов база-эмиттер (уравнение Эберса-Молла).

Биполярный транзистор можно рассматривать как усилитель тока (с огрубленно постоянным коэффициентом усиления h_21Э) или как прибор-преобразователь проводимости (Эберс-Молл). В полевом транзисторе, как следует из его названия, проводимостью канала управляет электрическое поле, создаваемое приложенным к затвору напряжением. Здесь нет прямосмещенных р-n– переходов, так что ток через затвор не течет и это, возможно, — наиболее важное преимущество ПТ перед биполярными транзисторами. Как и последние, ПТ бывают двух полярностей: n– канальные (с проводимостью за счет электронов) и р– канальные (с дырочной проводимостью). Эти полярности аналогичны уже известным нам соответственно n-p-n и p-n-p– транзисторам биполярного типа. Однако разнообразие ПТ этим не ограничивается, что может приводить к путанице. Во-первых, ПТ могут изготавливаться с затворами двух различных типов (в результате мы имеем ПТ с p-n– переходом и ПТ с изолированным затвором, так называемые МОП-транзисторы), а во-вторых, — двумя типами легирования канала (что дает ПТ обогащенного и обедненного типа).