Punčochář, J: AEO; <strong>5.</strong> <strong>kapitola</strong> 4Nejdříve uvažujme, že tranzistor bude v saturační oblasti. Potom z rovniceI D = I DSS .(1 - U GS /U P ) 2platí<strong>5.</strong>10 -3 = 10.10 -3 .(1- U GS /(-3,5)) 2a proto1+U GS /3,5 = ±1/ 2 .Odsud U GS = -1,025 V nebo -5,975 V. Fyzikální význam má pouze hodnota v intervalu 0V ažU P = -3,5 V, pro menší U GS je již proud I D prakticky nulový. Protože platí U GS = - R S I D ,dostaneme pro dané podmínky, že R S = -(-1,025)/<strong>5.</strong>10 -3 = 205 Ω. Dále musí platit (opětaplikace 2. Kirchhoffova zákona) U DD = R d I D + U DS + R S I D , z toho plyneR d = (U DD -U DS )/I D - R S = (15 - 5)/<strong>5.</strong>10 -3 - 205 Ω = 1,79<strong>5.</strong>10 3 Ω = 1,795 kΩR G se volí typicky asi 1 MΩ.Příklad 3Nyní předpokládejme, že do určené struktury z příkladu 2 (U DD = 15 V, R d = 1,795 kΩ, R S= 205 Ω) osadíme tranzistor s jinými parametry: I DSS = 12 mA, U P = - 4 V. Jaký pracovníbod se nastaví nyní?Musí opět platit, že U GS = - 205 I D a současně vztah I D = I DSS .(1 - U GS /U P ) 2 .Dosadíme-li za U GS , dostaneme po úpravách rovnici2( 205⋅I) 2 205+ ⋅ ⋅ DIDID− + 1=02UPUPIDSSŘešením získáme dva kořeny I D1 = 5,869 mA a I D2 = 64,89 mA. Smysl má pouze proud, kterývytvoří na odporu R S úbytek napětí v intervalu 0 až U P = - 4 V, tedy proud 5,869 mA. Topředstavuje odchylku + 17% pracovního proudu I D proti výchozí hodnotě 5 mA.Osadíme-li do stejné struktury tranzistor s parametry I DSS = 8 mA a U P = - 3 V,obdržíme stejným postupem pracovní proud I D = 4,125 mA.NASTAVENÍ PRACOVNÍHO BODU UNIPOLÁRNÍHO TRANZISTORU(S INDUKOVANÝM KANÁLEM – MOSFET)Používané symbolické značky jsou uvedeny na obr.6.19. Jedná se o tranzistory řízenépolem, ve kterých se vytváří vodivý kanál až při napětích U GS > U T > 0 (pro NMOSFET). ProU GS < U T je kanál zcela nevodivý. Obdobně jako na obr.6.8 i zde platí, že SATURAČNÍOBLAST je určena parabolou ( pinch-off-parabola) U DSP = U GS - U T(U T - threshold voltage), přičemž v „zesilovacím“ režimu musí platit U DS > U DSP . V tétooblasti je V-A charakteristika popsána vztahemI D = K (U GS - U T ) 2U GS je napětí mezi vývody G-S (obr.6.19)K je konstanta pro daný tranzistor [A/V 2 ]U T je „threshold voltage“ - opět charakteristické pro daný tranzistorI D → 0 pro U GS < U TTENTO VZTAH PLATÍ I PRO FE TRANZISTORY SE ZABUDOVANÝM KANÁLEM, POUZE URČÍMEKONSTANTU K POMOCÍ I DSS : při U GS = 0 platí I DSS = K (0 - U T ) 2 , tedy K = I DSS /(U T ) 2 , NYNÍ JIŽ LZE PSÁT,ŽE I D = K (U GS - U T ) 2 = I DSS /(U T ) 2 . (U GS - U T ) 2 = I DSS .( U GS / U T -1) 2 = I DSS .( 1- U GS / U T ) 2 , význam U T a U P jestejný..------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Punčochář, J: AEO; <strong>5.</strong> <strong>kapitola</strong> 5GDDI DU DSP = U GS - U TGS(a)S5 mA1,25 mAObr.6.19. a) Možné symboly NMOSFET(indukovaný kanál); b) jehovýstupní charakteristikyU GS2 - U T = 2V(b)U GS1 (3V)> U TU GS ≈ U T (2V) >0U DSNa obr.6.23 je zapojení SS zesilovače s tranzistorem NMOSFET (indukovaný kanál;K = 2,96 mA/V 2 , U T = 2 V, U A = 156 V). Určete pracovní bod.U DD = 10 VR G1240kΩR D1kΩR G2150kΩU GGGU GSQDDR S100ΩSSI DU SR Z1kΩI DObr.6.23. Zapojení zesilovače SSNejdříve se musíme přesvědčit, zda je tranzistor v saturační oblasti. Pro stejnosměrnénapětí na vývodu G tranzistoru platí: U G = U DD R G2 /(R G1 +R G2 ) = =10.150/(240+150) = 3,846V. Současně musí platit, že stejnosměrné napětí na odporu R S je U S = R S I D a stejnosměrnénapětí mezi G a S je U GS = U G - R S I D . Po dosazení do vztahu I D = K (U GS - U T ) 2 získávámeI = K U − R I ) −U2 = K ( U −U) − R I .Po dosazení za uvedené podmínkyD[ ] [ ] 2(G S D TG T S D2 4dostaneme rovnici ID10 − ID. 707+ 341 , = 0, kde fyzikální smysl má řešení I D = 5,2 mA.Nyní můžeme určit napětí U DS = U DD - I D (R D + R S ) = 10 -5,2.1,1 = 10-5,72 = 4,28 V. Vsaturační oblasti musí platitU DS > U GS - U T = U G -R S I D -U T = 3,85-0,52 -2 = 1,33 V,tato podmínka je splněna, použití vztahu je proto oprávněné.