Задача 2. Даны выходные ВАХ некоторого полевого транзистора

Даны выходные ВАХ некоторого полевого транзистора. Определить положение рабочей точки данного полевого транзистора и найти параметры, определяющие это положение. Расчет параметров выполнить графо-аналитическим способом.

Решение:

В отличие от биполярного транзистора, положение рабочей точки полевого транзистора достаточно определить на плоскости представления выходных вольтамперных характеристик (т.е. на плоскости { U _СИ, I _С}). На этой плоскости представляется семейство выходных ВАХ (взятое из справочника или построенное по результатам экспериментальных измерений). Поверх полученной картины достраивается нагрузочная прямая.

Положение нагрузочной прямой зависит от того, в каком режиме должен работать транзистор. Амплитуда усиливаемого сигнала, подаваемого на вход рассчитываемого транзисторного каскада, может быть различной величины. В одних случаях приходится усиливать очень слабые электрические сигналы, в других случаях амплитуда усиливаемого сигнала может оказаться относительно большой. Для этих двух крайних ситуаций, соответствующих режимам сильного и слабого сигнала, положение нагрузочной прямой должно быть различным.

Входной сигнал называется сильным, если его амплитуда равна или чуть меньше величины U_{m .макс}» 0, 3× U _ЗИ.отс (максимально допустимой амплитуды напряжения сигнала между затвором и истоком, при котором нелинейные искажения усиленного сигнала не превышают 4 %). В случае такого сильного входного сигнала оптимальной нагрузочной прямой является линия, проходящая через точку максимального изгиба верхней ветви семейства выходных ВАХ транзистора. На рис. 1 эту точку обозначили буквой А.

Второй определяющей точкой искомой нагрузочной прямой является точка О, лежащая на оси напряжений U _КЭ и соответствующая напряжению источника питания, Е _пит. Напряжение Е _пит не должно превышать величины 0, 8× U _{СИ.пред.} (где U _{СИ.пред.} указывается в списке основных параметров рассматриваемого транзистора и соответствует предельно допустимому напряжению между его стоком и истоком). При этом следует иметь в виду, что занижение значения Е _пит ведет к уменьшению коэффициента усиления каскада по напряжению.

Таким образом, в случае сильного сигнала нагрузочная прямая должна примерно совпадать с наклонной сплошной линией, проходящей через точки А и О (см. рис. 1). В случаях более слабых сигналов она будет проходить через точки А₁ и О, А₂ и О, А₃ и О (по мере убывания амплитуды сигнала).

Рекомендуемое значение I _C00, удовлетворяющее ограничениям по предельно допустимому току стока и мощности, выделяемой на транзисторе, должно соответствовать следующему неравенству:

, (1)

где Р _макс – максимально допустимая активная мощность, выделяемая на транзисторе. Одновременно с этим должно быть выполнено условие оптимального согласования усилительного каскада, построенного на данном транзисторе, с нагрузкой R _Н:

. (2)

Для схемы ОИ это последнее равенство означает, что при его выводе были использованы приближенные соотношения: R _И» 0, 3 R _С и R _С» (1, 5¸ 2, 0) R _Н. Очевидно, что одновременное выполнение условий (1) и (2) связано с выбором конкретного транзистора под данную нагрузку.