10. FET võimendi disain
PRAEGU - 10. FET võimendi disain
EELMINE - 9. FET-võimendi analüüs
FET võimendi disain
Nüüd uurime FET-võimendi analüüsi laiendamist, mis on toodud käesolevas peatükis FET-võimendite konstruktsioonile. Me püüame määratleda projekteerimisprobleemide tundmatud ja seejärel välja töötada võrrandid nende tundmatute lahendamiseks. Nagu enamikus elektroonika disainides, on võrrandite arv väiksem kui tundmatute arv. Täiendavad piirangud on kehtestatud teatud üldeesmärkide saavutamiseks (nt minimaalsed kulud, parameetrite muutuste tõttu väiksemad jõudluse erinevused).
10.1 CS-võimendi
CS-võimendi projekteerimisprotseduur on esitatud käesolevas peatükis. Me vähendame JFET-i ja MOSFET-i võimendaja disaini organiseeritud protseduuriks. Kuigi see võib tunduda
vähendades disaini väga rutiinseks protsessiks, peate ennast veenma, et mõistate iga sammu päritolu, kuna hiljem võib vaja minna mitut variatsiooni. Kui CS-võimendi kujundamiseks ei piisa, kui mõtlematult meie esitatud sammude külge ühendada, jääb sellest arutelust kogu mõte puudu. Insenerina püüate teha asju, mis on mitte rutiinist. Teooria vähendamine organiseeritud lähenemisviisile on see, mida te teete. Te lihtsalt ei kasuta teisi, mida teised on teie jaoks juba teinud.
Võimendid on kavandatud vastama võimenduse nõuetele, eeldades, et soovitud spetsifikatsioonid jäävad transistori vahemikku. Tavaliselt täpsustatakse toitepinge, koormustakistus, pingetõus ja sisendtakistus (või voolutugevus). Disaineri ülesanne on valida takistuste väärtused R1, R2, RDja RS. Vaadake joonisel 40, kui järgite protseduuri samme. See protseduur eeldab, et seade on valitud ja selle omadused on teada.
Joonis 40 JFET CS võimendi
Esmalt vali FET-i iseloomulike kõverate küllastumispiirkonnas Q-punkt. Näite saamiseks vt joonise 40 (b) kõveraid. See tuvastab VDSQ, VGSQja IDQ.
Lahendame nüüd väljundsilindri kahe takisti jaoks, RS ja RD. Kuna on kaks tundmatut, vajame kahte sõltumatut võrrandit. Me alustame kirjalikult dc KVL-i võrrand äravooluallika ringi ümber,
(58)
Lahendatakse kahe takisti summa saamiseks
(59)
(60)
Vastupanu, RD, on selles võrrandis ainus teadmata. Lahendades RD tulemuseks on ruutkeskmine võrrand, millel on kaks lahendust: üks negatiivne ja üks positiivne. Kui positiivne lahendus on RD > K1, mis tähendab negatiivset RS, tuleb valida uus Q-punkt (st taaskäivitada disain). Kui positiivne lahus saadakse RD < K1, saame edasi minna.
Nüüd, kui RD on teada, me lahendame RS kasutades võrrandit (59), mis on äravoolu-allika ahela võrrand.
(61)
koos RD ja RS teada, peame leidma R1 ja R2.
Me alustame KVL-i võrrandi ümberkirjutamisega väravallikavõrgu jaoks.
(62)
Pinge, VGS, on vastupidine polaarsus VDD. Seega termin IDQRS peab olema suurem kui VGSQ suurusjärgus. Vastasel juhul VGG on vastupidine polaarsus VDD, mis pole võrrandi (62) järgi võimalik.
Nüüd lahendame R1 ja R2 eeldades, et VGG leitud on sama polaarsus as VDD. Need takisti väärtused valitakse väärtuse RG praeguse võimenduse võrrandist või sisendresistentsist. Me lahendame R1 ja R2.
(63)
Oletame nüüd, et võrrand (62) annab tulemuseks a VGG see on vastandpolaarsus of VDD. Ei ole võimalik seda lahendada R1 ja R2. Praktiline viis jätkamiseks on lasta VGG = 0 V. 
. alates VGG on määratud võrrandiga (62), mis on eelnevalt arvutatud väärtus RS nüüd tuleb seda muuta.
Joonis 41 - CS võimendi
Joonisel 41, kus kondensaatorit kasutatakse osade möödumiseks RS, arendame uue väärtuse RS järgmiselt:
(64)
Väärtus RSDC is RS1 + RS2 ja väärtuse RKott is RS1.
Nüüd, kui meil on uus RSDC, peame kordama mitmeid varasemaid etappe. Me otsustame veel kord RD KVL-i kasutamine äravoolu-allika ahela jaoks.
(65)
Disaini probleem muutub nüüd mõlemaks RS1 ja RS2 selle asemel, et leida ainult üks allikatakistus.
Uue väärtusega RD of K1 - RSDC, me läheme võrrandi (60) pinge suurendamise väljendisse RKott selleks kasutatud ac võrrand, mitte RS. Projekteerimisprotseduurile tuleb lisada järgmised täiendavad sammud:
Leiame RKott (See on lihtsalt RS1) pinge suurendamise võrrandist
(66)
RKott on selles võrrandis ainus teadmata. Selle lahendamiseks leiame
(67)
Oletame nüüd RKott leitakse olevat positiivne, kuid vähem kui RSDC. See on soovitav seisund alates
(68)
Siis meie disain on täielik ja
(69)
Oletame, et RKott leitakse olevat positiivne, kuid suurem kui RSDC. Võimendit ei saa konstrueerida nii, nagu on valitud pinge suurendamise ja Q-punktiga. Tuleb valida uus Q-punkt. Kui pinge suurenemine on liiga kõrge, ei pruugi olla võimalik teostada disaini ühegi Q-punktiga. Võib osutuda vajalikuks teistsugune transistor, või võib olla vaja kasutada kahte eraldi etappi.
10.2 CD-võimendi
Nüüd esitame CD JFET võimendi konstruktsiooniprotseduuri. Määratakse järgmised kogused: voolutugevus, koormustakistus ja VDD. Voolutugevuse asemel võib määrata sisendtakistuse. Järgmise protseduuri uurimisel vaadake joonise 39 vooluringi. Veel kord tuletame teile meelde, et teooria vähendamine sammude kogumiks on selle arutelu oluline osa, mitte tegelikud sammud.
Kõigepealt valige Q-punkt FET karakteristikakõverate keskelt joonise 20 abil („Peatükk 3: Junction field-effect transistor (JFET)“). See samm määrab VDSQ, VGSQ, IDQ ja gm.
Võime lahendada allikaga ühendatud takisti jaoks kirja dc KVL-i võrrand äravoolu-allika ahela ümber.
(70)
kust me leiame dc väärtus RS,
(71)
Järgmisena leiame ac vastupanu väärtus, RKott, ümberkorraldatud voolutugevuse võrrandist, võrrand (55).
(72)
kus RG = Rin. Kui sisendresistentsust pole täpsustatud, laske RKott = RSDC ja arvutada sisendresistentsus võrrandist (72). Kui sisendresistents ei ole piisavalt kõrge, võib osutuda vajalikuks muuta Q-punkti asukohta.
If Rin on määratud, on vaja arvutada RKott võrrandist (72). Sellistel juhtudel, RKott erineb RSDC, seega me mööda osa sellest mööda RS kondensaatoriga.
Nüüd pöörame meie tähelepanu sisendipõhisele lülitusele. Me otsustame VGG võrrandi kasutamine,
(73)
Faasi inversioonit ei toodeta allika jälgija FET võimendi ja VGG on tavaliselt sama polaarsusega kui toitepinge.
Nüüd, kui VGG on teada, me määrame väärtused R1 ja R2 biaskeemi Thevenini ekvivalendist
(74)
Tavaliselt on SF-s piisavalt väljavooluvoolu, et arendada vastupidist polaarset pinge, mis on vajalik JFET-värava nõutud negatiivsete pingete kompenseerimiseks. Seetõttu võib kasutada normaalset pinge jaotuse kallutamist.
Joonis 44 - CD võimendi koos RS osaga
Nüüd pöördume tagasi sisendresistentsuse määramise probleemi juurde. Me võime eeldada seda osa RS on möödunud, nagu joonisel 44, mis viib erinevate väärtuste juurde RKott ja RSDC. Me kasutame võrrandi (71) lahendamiseks RSDC. Seejärel laseme RG võrdub määratud väärtusega Rinja kasutage võrrandi (72) abil RKott.
Kui RKott eespool arvutatud on väiksem kui RSDC, konstruktsioon saavutatakse möödaminnes RS2 kondensaatoriga. Mäleta seda RKott = RS1 ja RSDC = RS1 + RS2. Teisalt, RKott on suurem kui RSDC, Q-punkt tuleb teisele kohale viia. Me valime väiksema VDS seeläbi suureneb pinge suurenemine RS1 + RS2, Mis muudab RSDC suurem. Kui VDS ei saa piisavalt vähendada RSDC suurem kui RKott, siis ei saa võimendit antud voolutugevusega projekteerida, Rinja FET-tüüp. Üks neist kolmest spetsifikatsioonist tuleb muuta või vajaliku võimenduse saamiseks tuleb kasutada teist võimendusastet.
10.3 SF Bootstrap võimendi
Nüüd uurime CD-võimendi, mida tuntakse kui SF (või CD) bootstrap FET võimendi. See ahel on SF juhtum, mida nimetatakse bootstrapi ahel ja seda on kujutatud joonisel 45.
Siin on diagonaal välja kujunenud ainult osa allika takistist. See vähendab vajalikkust kondensaatori ümbersõitmisel läbi lähtekindluse osa ja saavutab seega palju suurema sisendresistentsuse kui tavaliselt. See konstruktsioon võimaldab meil ära kasutada FET-i suuri impedantsiomadusi ilma värava takisti kõrge väärtust kasutamata, RG.
Joonise 46 ekvivalentahelat kasutatakse ahela toimimise hindamiseks
Joonis 45 - Bootstrap allika järgija
Me eeldame, et iin on piisavalt väike, et ühtlustada voolu RS2 as i1. Seejärel leitakse, et väljundpinge on
(75)
kus
(76)
Kui oletada iin ei kehti, asendatakse avaldisega
(77)
KVL-i võrrand sisendi saagisega vin järgmiselt:
(78)
Praegune, i1, leitakse praeguse jagaja suhtest,
(79)
Võrrandite (79) ja (78) kombineerimine,
(80)
Teine võrrand vin on välja töötatud ringi ümber RG ja RS2 järgnevalt.
(81)
Me kaotame vin seades võrrandi (80) võrdseks võrrandiga (81) ja lahendage iin saada
(82)
Sisendtakistus, Rin = vin/iin, leitakse jagades võrrandi (81) võrrandiga (82) tulemusega,
(83)
RG on selles võrrandis ainus teadmata, nii et saame lahenduse saada,
(84)
Praegune kasum on
(85)
Nüüd saame kasutada eelnevalt saadud võrrandeid koos tähelepanekuga, et RS - RS2 = RS1 praeguse kasumi lahendamiseks.
(86)
Pinge suurendamine on
(87)
Pange tähele, et nimetaja võrrandis (84) on suurem kui lugeja, mis näitab seda RG <(Rin-RS2). See tõestab, et suure sisendresistentsuse saab saavutada ilma sama suuruse järjekorras RG.
