Porovnanie unipolárneho a bipolárneho tranzistora

NPN (PNP) - Bipolárny tranzistor - prúd IC ovládaný malým prúdom IB FET - Unipolárny tranzistor - vstupné napätie UGS ovláda výstupný  prúd ID   JFET - Unipolárny tranzistor s ovládacou elektródou oddelenou pomocou PN prechodu  MOSFET - Unipolárny tranzistor s odizolovanou ovládacou elektródou

JFET - Unipolárny tranzistor s ovládacou elektródou oddelenou  PN prechodom

odporová oblasť charakteristiky - JFET sa chová ako rezistor => pri zväčšení UGS sa zvýši ID. nasýtená oblasť charakteristiky - ID prakticky nezávisí od UDS - toto je pracovná oblasť JFET-u ako zosilňovacieho prvku.

 

Prevodová charakteristika JFET-u:ID=f(UGS)|UDS=konst

Pri danom napätí UDS tečie max prúd ID=IDS0 pri UGS=0 a pri UGS=UGSoff=UT je prúd ID~0. Sklon prevodovej charakteristiky v okolí pracovného bodu (prúdu ID) charakterizuje strmosť gm.

 

Výstupná charakteristika JFET-u: ID=f(UDS)|UGS=konst

odporová oblasť charakteristiky - JFET sa chová ako rezistor => pri zväčšení UGS sa zvýši ID. nasýtená oblasť charakteristiky - ID prakticky nezávisí od UDS - toto jje pracovná oblasť JFETu ako zosilňovacieho prvku.

 

Zaťažovacia priamka - určenie pracovného bodu JFET-u

Zaťažovacia priamka upresňuje (pre zvolenú kombináciu ID a UDS) polohu pracovného bodu JFET-u (výber UGS). Pre použitie JFET-u ako zosilňovacieho prvku sa poloha pracovného bodu Q volí v lineárnej časti prevodovej charakteristiky tak, aby sa JFET nedostal do nasýteného (ID ~UDS/RD) alebo nevodivého ( (ID ~0) stavu.

Nastavenie predpätia UGS na zabezpečenie prúdu ID

Predpätie sa vytvára automaticky spádom napätia na odpore RS .Odpor RG slúži na privedenie potrebného predpätia na ovládaciu elektródu G a volí sa s ohľadom na získanie požadovanej vstupnej impedancie JFET-u. Úloha emitorového kondenzátora CS je blokovať pre striedavý signál emitor na potenciál 0V.

Predpätie pre zosilňovač s JFET-om

Potrebné predpätie -UGS=IDRD nastaví prúd požadovaný ID pre operovanie JFET-u v lineárnej časti prevodovej charakteristiky. Pre striedavý signál (bipolárny) sa volí napätie na kolektore UDS=Udd/2 približne ako polovina napájacieho napätia Udd (v strednej časti výstupnej charakteristiky symetricky pre obe polovlny výstupného signálu).

Zapojenie FET-u so spoločným emitorom

Najpoužívanejší spôsob zapojenia FET-u pre použitie v zosilňovači je zapojenie so spoločným emitorom. Napäťový zisk Au=DUout/DUin=-gmRD||RL okrem odporov RD a RL závisí od strmosti gm=DID/DUGS. Strmosť možno určiť so sklonu prevodovej charakteristiky pri UDS=Udd/2 a prúde ID.

 

Napäťový zisk Au

s kondenzátorom CS- napäťový zisk závisí predovšetkým od strmosti gm.  bez kondenzátora CS- napäťový zisk je redukovaný vplyvom zápornej spätnej väzby na odpore RS.

 

Výstupná vodivosť =gd=1/rDS

Pri voľbe veľkého odporu RD (s cieľom dosiahnuť veľký zisk Au) bude sa uplatňovať aj vplyv výstupného odporu rDS (graficky reprezentovaný malým sklonom výstupnej charakteristiky) pri RD < 10 k ohm - napäťový zisk Au=-gmRD závisí predovšetkým od strmosti gm.  bez kondenzátora CS - napäťový zisk Au=-gmRD||rDS je redukovaný vplyvom zmenšenia výsledného záťažového odporu RD||rDS..

Dolná hraničná frekvencia zosilňovača

Väzobný kondenzátor C1 zabezpečuje jednosmerné oddelenie vstupu tranzistora. Emitorový kondenzátor CS slúži na potlačenie zápornej spätnej väzby, ktorá zmenšuje napäťový zisk zosilňovača. V prípade návrhu zosilňovača ide o nastavenie dolného hraničnej frekvencie RC článku, pri ktorej je pokles prenosu sa zníži o 3dB. kondenzátor C1 - sa volí s podmienky 1=wRGC1 (vstupný odpor ~RG).  kondenzátor CS - napäťový zisk nebude redukovaný ak bude impedancia 1/wCS<<RS.

Postup pri návrhu zosilňovača s FET-om

Na základe požadovaného napäťového zisku Au a zadanej prenosovej charakteristiky treba dodržať uvedený postup. V zosilňovači s unipolárnym tranzistorom (FET) býva normálne nastavovaný menší kolektorový prúd ID než v podobnom zapojení prúd IC s bipolárnym tranzistorom (BJT). Preto v zapojeniach s FET-mi sú potrebné vyššie napájacie napätia Udd>Ucc .