Circuite amplificatoare cu FET si bipolare. Analiza la frecvente medii si semnal mic

Seminar 10. Circuite amplificatoare cu FET si bipolare. Analiza la frecvente medii si semnal mic.

Simbolurile tranzistoarelor cu efect de cāmp sunt:

Figura 10.0a

La frecvente medii si semnal mic schema echivalenta pentru tranzistoarele cu efect de cāmp este prezentata īn figura 10.0b.

Figura 10.0b

Unde s-au utilizat notatiile:

pentru panta tranzistorului

pentru rezistenta drena-sursa a acestuia

Pentru tranzistoarele din catogoria A (vezi figura 10.0a) dependenta curentului de drena functie de tensiunea u_GS este:

si de a 333y2420d ici expresia pantei:

Relatie in care u_GS este tensiunea grila-sursa din punctul static de functionare.

Pentru tranzistoarele cu efect de cāmp cu canal indus (categoria B din figura 10.0a) dependenta curentului de drena fubctie de u_GS este data de:

iar g_m va fi:

Īn general, panta tranzitorului cu efect de cāmp (g_m) are valori cuprinse īn intervalul 1mA/V..10mA/V, mult mai mica decāt la tranzistoarele bipolare. Rezistenta drena-sursa are valori de zeci-sute de kW si din acest motiv īn majoritatea situatiilor ea poate fi eliminata rezultānd astfel modelul simplificat:

Figura 10.0c

Deasemenea, schemelor echivalente si rezolvarea circuitelor cu tranzistoare FET comporta aceleasi reguli ca la trenzistoarele bipolare (vezi seminar 9).

Problema 10.1

Sa se calculeze amplificarea de tensiune A_U=u_o/u_i, R_i si R_o. Se dau I_DSS=8mA, u_P=-4V, u_BE=0,6V si b

Figura 10.1a

Rezolvare:

Pentru a putea determina parametrii din modelul tranzistoarelor se calculeaza mai īntāi PSF-ul acestora.

Pentru tranzistorul T1:

si īnlocuim valorile numerice si obtinem ecuatia:

i_D­²-10i_D+16=0  

i_D1=8mA u_GS=-8V

i_D2=2mA u_GS=-2V valoarea corecta

Pentru i_D1=2mA din ochiul marcat īn figura 10.1a se poate scrie:

i_DR_L=u_BE+i_CR₃ i_C2=1,4mA

si atunci parametrii corespunzatori modelului simplificat sunt:

si

Schema echivalenta a circuitului din figura 10.1a este:

Figura 10.1b  

Calculul amplificarii de tensiune.

Amplificarea este practic data de primul tranzistor montat in repetor pe sursa, T₂ avānd o amplificare foarte aproape de 1.

Calculul rezistentei de intrare:

Calculul rezistentei de iesire:

Figura 10.1c

unde:

Deci apare un sistem coplicat de relatii si atunci ne folosim de rezultate cunoscute:

la un repetor pe sursa, rezistenta de iesire este:

la un repetor pe emiter, rezistenta de iesire este:

Figura 10.1d

si atunci:

(o rezistenta foarte mica)

R_o1 W este rezistenta de iesire a repetorului pe sursa, de aici rezulta logica conexiunii celor doua tranzistoare: ansamblul are impedanta de intrare si amplificarea ca la FET, iar retistenta de iesire ca la bipolare.

Problema 10.2

Pentru circuitul din figura 10.2a sa se calculeze amoplificarea de tensiune A_u, R_i si R_o. Tranzistoarele au datele:

T₁: I_DSS=10mA; U_P=-2V

T₂:u_BE=0,6V; b

Figura 10.2a

Rezolvare:

La īnceput se calculeaza i_D1, u_GS, i_C2 pentru a calcula parametrii de regim dinamic ai tranzistoarelor.

si atunci:

Schema echivalenta la semnal mic si frecvente medii:

Figura 10.2b

Calculul amplificarii de tensiune

Observatie:

Avānd un etaj cu un singur tranzistor cu efect de cāmp se poate realiza o amplificare , unde R_S - rezistenta sin sursa.

Adaugānd tranzistorul T₂ realizam o crestere echivalenta a pantei tranzistorului T₁ de (1+b) ori. Deci realizam un tranzistor FET cu panta de tranzistor bipolar.

Calculul rezistentei de intrare:

Calculul rezistentei de iesire:

Pentru a determina R_O se deseneaza schema echivalenta a circuitului pentru u_i=0. Daca u_i=0 u_GS=0 si u_b'e=0 si atunci g_m1u_GS=0 si g_m2u_GS=0, deci circuitul echivalent este:

Figura 10.2c

Prin urmare .

Problema 10.3

Pentru circuitul din figura 10.3a sa se calculeze amplificarea de tensiune, rezistenta de intrare si rezistenta de iesire.

Figura 10.3a

Parametrii tranzistoarelor sunt:

T₁: I_DSS=4mA; U_P=-4V;

T₂, T₃ b=200, u_BE=0,6V.

D_Z: u_Z=3V; r_z=0

Rezolvare:

Calculul PSF al tranzistoarelor:

U_GS=-u_Z=3V

i_D1=i_E2 i_C2 (neglijānd curentul de baza al lui T₂)

E_C=i_C2R₅+u_BE2+i_C3R₆ (neglijānd curenttii de baza a lui T₂ si T₃)

si atunci:

Schema echivalenta:

Figura 10.3b

Calculul amplificarii īn tensiune

Īnlocuind succesiv obtinem:

si

Rezistenta de intrare:

Pentru rezistenta de iesire:

, atunci circuitul echivalent va fi:

Figura 10.3c

Problema 10.4

Pentru circuitul amplificator din figura 10.4a se cer:

PSF al tranzistoarelor

Amplificarea īn tensiune (A_U), rezistenta de intrare (R_IN) si rezistenta de iesire (R_OUT).

Se cunosc pentru T₁: I_DSS=8mA U_P=-4V

pentru T₂: U_T=25mV, b=200, u_BE=0,6V

Figura 10.4a  

Raspuns:

PSF_T1: (2mA; 9V) PSF_T2: (3,4mA; 11,6V)

A_U=0,356; R_IN=1MW; R_OUT=17W

Problema 10.5

Pentru circuitul amplificator din figura 10.5a se cer:

PSF al tranzistoarelor

Amplificarea īn tensiune (A_U), rezistenta de intrare (R_IN) si rezistenta de iesire (R_OUT).

Se cunosc pentru J₁: I_DSS=4mA U_P=-2V

pentru Q₂: U_T=25mV, b=200, u_BE=0,6V

Figura 10.5a  

Raspuns:

PSF_J1: (1mA; 13V) PSF_Q2: (1,36mA; 10,4V)

A_U=-20; R_IN=1MW; R_OUT=100W

Problema 10.6

Pentru circuitul amplificator din figura 10.6a se cer:

PSF al tranzistoarelor

Amplificarea īn tensiune (A_U), rezistenta de intrare (R_IN) si rezistenta de iesire (R_OUT).

Se cunosc pentru T₁: I_DSS=4mA U_P=-4V

pentru T₂: b=200, u_BE=0,6V

Figura 10.6a  

Raspuns:

PSF_T1: (1mA; 12V) PSF_T2: (1mA; 18,6V)

A_U=-0,57; R_IN=1MW; R_OUT=33,78W

Problema 10.7

Pentru circuitul amplificator din figura 10.7a se cer:

PSF al tranzistoarelor

Amplificarea īn tensiune (A_U), rezistenta de intrare (R_IN) si rezistenta de iesire (R_OUT).

Se cunosc: pentru T₁: I_DSS=4mA U_P=-4V; pentru T₂: b=200, u_BE=0,6V

Figura 10.7a

Raspuns:

PSF_T1: (1mA; 12V) PSF_T2: (3mA; 9,6V)

A_U=2,34; R_IN=1MW; R_OUT=3kW

Problema 10.8

Pentru circuitul amplificator din figura 10.8a se cer:

PSF al tranzistoarelor

Amplificarea īn tensiune (A_U), rezistenta de intrare (R_IN) si rezistenta de iesire (R_OUT).

Se cunosc I_DSS=9mA U_P=-3V

Figura 10.8a

Raspuns:

PSF_T1: (4mA; 3V)

A_U=-2,27; R_IN=1MW; R_OUT=2kW

Problema 10.9

Pentru circuitul amplificator din figura 10.9a se cer:

PSF al tranzistoarelor

Amplificarea īn tensiune (A_U), rezistenta de intrare (R_IN) si rezistenta de iesire (R_OUT).

Se cunosc pentru T₁: I_DSS=9mA U_P=-3V

pentru T₂: U_T=25mV, b=200, u_BE=0,6V

Figura 10.9a

Raspuns:

PSF_T1: (4mA; 2V) PSF_T2: (10mA; 9,6V)

A_U=171,4; R_IN=1MW; R_OUT=500W