Elektronika W Zad cz 2 8

W Czynsk, euarreONIKAWZADAMAgl _tCzęść i Analiza malosyęnalowa układów pólpr« *

C_uy są równe zeru (tzn. kondensatory

Zadanie 3.15

Obliczyć podstawowe parametry wzmacniacza prądu zmiennego z tranzystorem E-MOS pokazanego na rysunku 3.15.1, tzn.:

1. wzmocnienie napięciowe k_a\

2. rezystancję wejściową /?*,;

3. rezystancję wyjściową /f»_y;

jeśli zachowanie tranzystora dla małych przyrostów prądów i napięć w otoczeniu jego punktu pracy w tym układzie opisują parametry maiosygnalowc typu y (czyli >•,) o wartościach: }'2I = gm = 2,0 mS; y₂₂ = g,k= 15 pS;

yn = 0; oraz yn = 0

a dla częstotliwości sygnału wejściowego impedancje kondensatorów sprzęgających C*_r i te można uważać za zwarcie).

Wzmacniacz pracuje w stanie biegu jałowego, tzn. bez zewnętrznego obciążenia, czyli traktujemy rezystor Rs jako jedyne obciążenie tranzystora).

Rys. 3.15.2

Rozwiązanie 1

> ć>

Rys. 3.15.3

Postępując zgodnie z zaleceniami omówionymi we Wprowadzeniu (patrz rozdział W3.6) otrzymujemy schemat zastępczy analizowanego układu dla składowej zmiennej o postaci jak na rysunku 3.15.2. Kondensatory sprzęgające C_ur i C„t są traktowane jak zwarcie. Podłączony do stałego napięcia zasilającego koniec rezystora R_t na naszym schemacie znajduje się na potencjale zerowym (masie układu). Okazuje się, że rezystory /?/ i R₂ polaryzujące bramkę są włączone równolegle i tworzą rezystancję Rc = 0,5 Mśi. Także na potencjale zerowym dla składowej zmiennej znajduje się dren tranzystora podłączony w tematowym układzie do stałego napięcia zasilającego czyli tranzystor dla sygnału zmiennego pracuje w konfiguracji ze wspólnym drenem (WD). Aby uniknąć przeliczania parametrów y (czyli y_s) —*y,/ możemy pomiędzy wyprowadzenia tranzystora wrysować jego schemat zastępczy dla parametrów y (czyli dla konfiguracji WS). Prowadzi to do prostego schematu pokazanego na rysunku 3.15.3, z którego można wprost obliczyć żądane parametry charakterystyczne wzmacniacza.

Ad 1. Napięcie wyjściowe jest określone jako spadek napięcia na równolegle połączonych admitancjach gj, i Y_s=VRs wynikający z przepływu prądu źródła

(3.15.1)

Tak więc mamy:

«.v 8 hi (u Itr «u v )

(3.15.2)

w Ciązyittki - ELEKTRONIKA W ZADANIACH Częśó ) Analiza małotygnałowa układów półprzewodnikowych

prądowego określonego jako g„,u_gs. Zauważmy, że wobec u,„ = ii_x,i napięcie sterujące tego źródła wynosi:

H_gx — U we U wy 1

(Y_s+gJ

co po prostych przekształceniach daje w wyniku napięcie wyjściowe równe:

'* * . . i/ ^Ł»c

g»+8*+Ys

czyli wzmocnienie napięciowe układu:

g_m _

(3.15.3)

k - -

* Ke g,„+8*,+Ys 0,2 mS +15 |xS + 2 mS 2,215

= 0,903 (J./5.4)

Ad 2. Rezystancja bramka-kanał tranzystora MOS jest bardzo duża (tranzystor jest elementem sterowanym napięciowo, dlatego powyżej przyjęto yu = 0). prąd bramki nie płynie i - jak to widać na rysunku 3.15.3 - rezystancja wejściowa naszego wzmacniacza w konfiguracji WD zależy tylko od rezystorów polaryzacji bramki i podobnie jak w układzie ze wspólnym źródłem (patrz zadanie 3.13) wynosi Rc = 500 kft.

Ad 3. Rezystancję wyjściową wzmacniacza możemy obliczyć jako iloraz SEM równej napięciu biegu jałowego (określonej zależnością 3.15.3) i prądu zwarcia układu dla składowej zmiennej, czyli prądu wyjściowego dla /?_Ł = 0. W takich warunkach przez zwarte zaciski wyjściowe płynie cały prąd SPM, a wobec m_h, = 0, czyli iig_S = u_K, prąd ten wynosi:

'« =8,„^l*g,= (3.15.5)

Mamy więc:

_R ¹

“ut m,

*i,t 8tu ^ 8iit Ys

_I_

(2,0 + 0,015 + 0,2) mS

1 kQ 2,215

= 451 £2

(3.15.6)

Zwróćmy jeszcze w tym miejscu uwagę na fakt. że łatwo tutaj popełnić błąd i patrząc z zacisków wyjściowych stwierdzić, że admitancja wyjściowa jest równa sumie g,h + = 0,215 mS (czemu odpowiadałaby rezystancja wyjściowa 4,65 k£2). Takie

podejście nie uwzględniałoby występującego w analizowanym układzie ujemnego (prądowego, szeregowego) sprzężenia zwrotnego, najlepiej widocznego w zależności 3.15.1. Zgodnie z tą zależnością jeśli przy niezmienionym napięciu sterującym u_wenapięcie wyjściowe (np. w wyniku wzrostu prądu wyjściowego - przy zmniejszeniu wartości Ri_- i odpowiadającego mu wzrostu spadku napięcia na rezystancji wyjściowej) miałoby się zmniejszyć, to odpowiada temu wzrost napięcia wysterowania źródła prądowego u_gs. czyli wzrost prądu SPM przeciwdziałający wspomnianemu zmniejszeniu u„_y. W stanie ustalonym (wobec tego, że wzmocnienie w pętli sprzężenia zwrotnego nie jest zbyt duże) napięcie wyjściowe jednak przy wzroście prądu obciążenia maleje, ale spadek ten jest wielokrotnie mniejszy niż w przypadku konfiguracji WS (rozważanym w zadaniu 3.13), czemu odpowiada wielokrotnie mniejsza wartość rezystancji wyjściowej układu.

-75-