Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
ДОСЛІДЖЕННЯ ПІДСИЛЮВАЛЬНИХ КАСКАДІВ НА ПОЛЬОВИХ ТРАНЗИСТОРАХ
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2008
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Електроніка та мікросхемотехніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
ДОСЛІДЖЕННЯ ПІДСИЛЮВАЛЬНИХ КАСКАДІВ НА ПОЛЬОВИХ ТРАНЗИСТОРАХ
Інструкція до лабораторної роботи № 2
з навчальної дисципліни: “Електроніка та мікросхемотехніка”
для студентів базового напряму 6.0914
«Інформаційна безпека», «Безпека інформаційних і комунікаційних систем», «Системи технічного захисту інформації», «Управління інформаційною безпекою»
Затверджено
на засіданні кафедри
Захист інформації
Протокол № від 2008 р.
Львів – 2008
Дослідження підсилювальних каскадів на польових транзисторах: Інструкція до лабораторної роботи №2 з дисципліни: “Електроніка та мікросхемотехніка” / Укл.: Кеньо Г.В., Собчук І.С. , Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2008. с.
Укладач Кеньо Г.В., к. т. н., доц., Собчук І.С., к.ф.-м.н., доц.
Відповідальний за випуск Дудикевич В.Б., д.т. н., проф.
Рецензенти:
МЕТА РОБОТИ
Ознайомитися з основними параметрами і характеристиками підсилювальних каскадів на польових транзисторах для різних включень: спільним витоком(СВ), спільним стоком(СС). Отримати амплітудно-частотні характеристики, визначити коефіцієнти підсилення по напрузі і смугу пропускання підсилювальних каскадів для різного включення транзистора. Виявити вплив зміни параметрів пасивних елементів на коефіцієнт підсилення та смугу пропускання підсилювальних каскадів.
ТЕОРЕТИЧНИЙ ВСТУП
Польовим називається транзистор, керований електричною напругою – полем (на відміну від біполярних транзисторів, у яких процес керування обов’язково супроводжується протіканням струму у колі керуючого електрода – бази). Розрізняють польові транзистори(ПТ) з керуючим р-n переходом і з ізольованим затвором.
На рис. 1 наведено конструкцію польового транзистора з керуючим р-n переходом.
EMBED Word.Picture.6
а) б) в)
Рис. 1 – Структура та умовне позначення ПТ з керуючим p-n переходом з каналом n-типу (а і б) та умовне позначення ПТ з каналом p-типу (в)
Цей транзистор являє собою напівпровідникову пластинку з провідністю, наприклад, n-типу, на верхній і нижній гранях якої створюються шари з провідністю р-типу. Ці шари з’єднують між собою, утворюючи єдиний електрод, що називається затвором (З).
Шар з провідністю n-типу, що розташований між шарами з провідністю р-типу, називається каналом.
Електрична ізоляція між каналом і затвором здійснюється за допомогою р-n переходів, що утворюються на межі напівпровідників з різною провідністю (використовується та властивість зони р-n переходу, що її опір безкінечний з-за відсутності у ній вільних носіїв заряду).
На торці напівпровідникової пластинки (каналу) наносять омічні контакти, що утворюють два інших електроди, до яких підключається джерело живлення і навантаження. Контакт, до якого підключається негативний полюс джерела, називається витоком (В), а контакт, до якого підключається позитивний полюс, стоком (С).
Більш широке застосування, особливо у складі ІМС, знаходять польові транзистори з ізольованим затвором, з структурою метал-діелектрик (окисел)- напівпровідник – МДН (МОН)-транзистори.
Конструкція МОН - транзистора з індукованим каналом n-типу показана на рис. 2 а, а умовне зображення – на рис. 2 б, в.
EMBED Word.Picture.6
Рис. 2 – Конструкція МОН-транзистора з індукованим каналом n-типу (а) і умовні позначення таких транзисторів з каналами n-типу (б) та p-типу (в).
Підсилювальні каскади на польових транзисторах.
Принципи побудови підсилювальних каскадів на польових транзисторах ті самі, що і каскадів на біполярних транзисторах. Особливість полягає у тім, що польовий транзистор керується напругою, а не струмом. З цієї причини завдання режиму спокою в каскадах на польових транзисторах здійснюється подачею у вхідне коло каскаду постійної напруги відповідного значення і полярності.
EMBED Word.Picture.6
Рис. 3. – Підсилювальний каскад з СВ на польовому транзисторі з керуючим р-n переходом і каналом n-типу.
Польові транзистори так само, як і біполярні, мають три схеми вмикання. Відповідно до назв спільних електродів розрізняють каскади зі спільним стоком (СС), спільним витоком (СВ) та спільним затвором (СЗ).
Підсилюючий каскад з СВ на польовому транзисторі з керуючим р-n переходом і каналом n-типу зображений на рис. 3.
Елементи R1, RС, RВ задають режим спокою каскаду. Оскільки польові транзистори з керуючим р-n переходом за відсутності сигналу керування максимально відкриті, то зміщення транзистора забезпечується резистором RВ (необхідне значення напруги U0ЗВ дорівнює Uзм) – автоматичне зміщення. Резистор R1 призначений для з’єднання затвору транзистора з нижнім виводом RВ і запобігання при цьому закорочування кола керування транзистора (з’єднання його затвору з нульовою точкою схеми). Опір резистора R1 вибирають якомога більшим, щоб забезпечити великий вхідний опір каскаду.
Резистор RВ також створює негативний зворотний зв’язок за постійним струмом, що слугує для стабілізації режиму спокою каскаду при зміні температури і розкиді параметрів транзистора. Конденсатор СВ призначений для виключення негативного зворотного зв’язку за змінним струмом (за підсинюваним сигналом).
Розділяючий конденсатор С1 забезпечує зв’язок каскаду з джерелом вхідного сигналу напруги змінного струму. Навантаження підмикається через розділяючий конденсатор С2 до стоку транзистора.
Каскад з СВ, так само як і каскад з СЕ на біполярному транзисторі, здійснює зсув фази підсилювального сигналу на 180° (інвертує вхідний сигнал).
Схема підсилюючого каскаду з СС (витокового повторювача) зображена на рис. 4.
Будова каскадів на польових транзисторах з ізольованим затвором використовується дуже рідко тому ми не будемо розглядати схему і роботу цих каскадів.
EMBED Word.Picture.6
Рис. 4. - Підсилювальний каскад з СС на польовому транзисторі з керуючим р-n переходом і каналом n-типу
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
Синтизувати схему підсилювального каскаду(СВ) рис.5, за допомогою системи схемотехнічного моделювання Micro-Cap8(MC8). Використати МДН-транзистор з індукованим каналом n-типу, марки IRF024, батареї V1=3,8В і V3=30В, а також джерело напруги V2, яке генерує синусоїдальний сигнал з амплітудою 0,05В і частотою 1кГц. .
Провести аналіз перехідних процесів: залежність амплітуди вхідного(v(6)) і вихідного(v(5)) сигналів див. рис.5. По отриманих значеннях амплітуди розрахувати Ku.
Зняти амплітудно-частотні та фазо-частотні характеристики підсилювального каскаду для включення з спільним витоком.
Визначити коефіцієнт підсилення по напрузі та смугу пропускання підсилювального каскаду(СВ) на основі отриманих АЧХ.
Дослідити вплив пасивних елементів - С1, С2, Rn підсилювального каскаду (див. рис.5) на АЧХ та смугу пропускання.
Повторити пункти 1-5 для підсилювального каскаду з спільним стоком(рис.6 ).
Рис.5. Підсилювальний каскад на польовому транзисторі(СВ) .
Рис.6. Підсилювальний каскад(СС) на польовому транзисторі.
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
Вибір польового транзистора проводимо відриваючи вікно Компоненты. За допомогою інструментів Компоненты можна вибрати світові аналоги у розділі Analog Primitives /Active Devices або вітчизняні Russian Analog рис.7. Для синтезу запропонованих схем рис.5 і 6 вибираємо МДН-транзистор з індукованим каналом n-типу(DNMOS). Тепер зображення транзистора можна розмістити у будь-якому місці на схемі. Як тільки транзистор розміщений і Ви не фіксуєте його кнопкою мишки, то відкривається вікно рис.8 у якому задають тип транзистора, наприклад марки IRF024. Після фіксації кнопкою ОК транзистор набуває властивостей описаних у моделі.
Проведемо аналіз вхідних та вихідних характеристик для цього виберемо з меню команд Анализ/Переходные процессы. Задамо параметри аналізу , де діапазон часу – 0.01с(оскільки частота сигналу 1000Гц, то на екрані буде відображено 10 коливань - 0.01*1000=10), по осі Х(XExpression) задаємо час Т, по осі Y(YExpression) задаємо номери вузлів у яких ми хочемо отримати значення величини сигналу в вольтах(наприклад v(6) і v(5)для схеми СВ або v(5) і v(4)для схеми СС).Мінімальні та максимальні значення величин по осях X таY(XRange та YRange) при першому запуску рекомендується встановити Auto, оскільки нам невідомо верхня межа значень напруги у заданих вузлах.
Рис.7. Вікно вибору типу транзистора.
Рис.8. Вікно вибору марки транзистора.
Після натискання кнопки Запуск ми отримаємо на екрані віртуальні залежності напруги від часу в заданих вузлах схеми.
Якщо в меню команд вибрати Анализ/Частотные характеристики то отримаємо АЧХ та ФЧХ досліджуваного підсилювального каскаду. Після вибору Частотные характеристики відкривається вікно у якому задаються параметри моделювання характеристик.
Діапазон частот – верхня 1010 Гц і нижня 1 Гц межі, температура 27○ . По осі Х задаємо частоту, по осі Y Ku=v(5)/v(6)(рис.5) та фазу напруги в вузлі 5(вихідна напруга), максимальні та мінімальні значення – Auto. Після натискання клавіші Запуск на екрані отримаємо осцилограми АЧХ та ФЧХ досліджуваного підсилювача.
ЗМІСТ ЗВІТУ
Звіт про пророблену роботу повинен містити:
Точну назву і мету роботи.
Схему транзисторного каскаду із СВ, СС з короткою характеристикою елементів, які входять в неї.
Графіки залежностей вхідного та вихідного сигналів.
Осцилограми АЧХ та ФЧХ і коефіцієнти підсилення по напрузі для різних схем включення.
Короткі висновки: які Ku і Kі для різних схем включення, доцільність використання підсилювальних каскадів в залежності від Ku , вплив зміни С1, С2, Rn на АЧХ.
Контрольні запитання та завдання
У чому полягає основна різниця у роботі біполярного та польового транзистора?
Що таке канал і для чого він використовується ?
Як називаються електроди польового транзистора ?
Як позначається на схемі МДН-транзистор з індукованим каналом. Вказати електроди?
Намалюйте схему підсилювального каскаду з СВ.
Яке призначення конденсаторів С1 та С2 у схемі з СВ?
Яку роль виконують резистори R1,R2 у схемі з СВ?
Намалюйте схему підсилювального каскаду з СС?
Чому схему з СС називають витоковим повторювачем?
Як впливає збільшення(зменшення) конденсаторів С1 та С2 на АЧХ і смугу пропускання?
РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА
Разевиг В.Г. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap 6.- М.: Горячая линия – Телеком, 2001. – 344 с., ил.
Кардашов Г.А. Виртуальная електроника. Компьютерное моделирование аналогових устройств.- М.: Горячая линия – Телеком, 2006. – 260 с., ил.
Бойко В.И. и др.. Схемотехника электронных систем. Аналоговые ы импульсные устройства.- СПб.: БХВ-Петербург, 2004.-496 с., ил.
Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Електроніка і мікросхемотехніка: Підручник / За ред. А.Г. Соскова - К.: Каравела, 2006. - 384 с.
Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія і практикум: Навч. посіб. / За ред. А.Г. Соскова. 2-е вид. - К.: Каравела, 2004. - 432 с.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора