Схемы на полевых транзисторах.

Сегодня для закрепления материала про полевики рассмотрим схемы на полевых транзисторах и обсудим принцип их работы. Предыдущие статьи про ПТ вот тут — раз и два.

Полевой транзистор

Начнем..

Схема истокового повторителя.

Биполярным аналогом этого устройства является эмиттерный повторитель (о нем шла речь тут). Вот как выглядит простейший повторитель на ПТ:

Принципиальная схема истокового повторителя

Ну давайте разбираться что же и как этот повторитель повторяет 😉 Напряжение на выходе:

U_u = R_1 * i_c

Ток стока мы можем определить через напряжение затвор-исток следующим образом:

i_c = g_m * U_{3u} = g_m * (U_3 - U_u)

Подставляем i_c в формулу для U_u и получаем вот что:

U_u = (\frac{R_1g_m}{1 + R_1g_m}) * U_3

И если сопротивление нагрузки R_1 намного превышает величину \frac{1}{g_m}, то мы получаем довольно-таки хороший повторитель (U_3 = U_u).

Но у этой схемы есть парочка существенных недостатков. Во-первых, характеристики ПТ трудно поддаются контролю при изготовлении, поэтому такой истоковый повторитель может иметь непредсказуемое смещение по постоянному току. А во-вторых, такой повторитель имеет довольно-таки большое выходное сопротивление, соответственно, амплитуда выходного сигнала все-таки будет меньше, чем амплитуда сигнала на входе.

Более качественный повторитель получается при использовании согласованных пар ПТ. Такая схема выглядит следующим образом:

Согласованная пара полевых транзисторов

Рассмотрим работу данной схемы. Полевик Q2 задает определенный ток. Этот ток соответствует напряжению затвор-исток, равному нулю. Транзисторы включены последовательно, значит через Q1 течет такой же ток, а так как полевики абсолютно одинаковые, то и для Q1 напряжение затвор-исток равно нулю. В то же время:

U_{3u} = U_3 - U_u = U_{in} - U_{out} = 0

Вот и получаем, что U_{in} = U_{out}, то есть напряжение на выходе повторяет сигнал на входе.

Эту схему истокового повторителя можно еще модернизировать, добавив резисторы в цепь истока. С помощью подбора их значений можно установить разные значения тока стока:

Улучшенная схема истокового повторителя

На этом заканчиваем с истоковыми повторителями и переходим к некоторым другим схемам на полевых транзисторах )

Схема ключа на полевом транзисторе.

Ключ на полевом транзисторе

Здесь мы видим n-канальный МОП-транзистор. При заземленном затворе полевик находится в закрытом состоянии и, соответственно, входной сигнал не проходит на выход. Если подать на затвор напряжение, например, +10 В, то ПТ перейдет в открытое состояние и сигнал практически беспрепятственно пройдет на выход.

Тут особо и объяснять нечего )

Теперь перейдем к логическим элементам (вентилям) на МОП-транзисторах. И начнем с вариантов исполнения логического инвертора. Посмотрите на схемку:

Устройство инвертора

Что вообще должен делать инвертор? Очевидно, что инвертировать сигнал ) То есть подаем на вход сигнал низкого уровня, на выходе получаем высокий уровень и наоборот. Давайте смотреть как это все работает. Если на входе низкий уровень сигнала, то n-канальный МОП-транзистор закрыт, ток через резистор нагрузки не течет, соответственно, все напряжение Vcc оказывается на выходе. А если на входе высокий уровень, то ПТ во включенном состоянии проводит ток, при этом на нагрузке появляется напряжение, а потенциал стока (выходной сигнал) практически равен нулю (низкий уровень). Вот так вот это схема и работает )

Рассмотрим еще один вариант инвертора, но уже с использованием p-канального ПТ:

Схема инвертора на p-канальном транзисторе

Работает эта схема аналогично схеме инвертора на n-канальном транзисторе, поэтому останавливаться на этом не будем.

Есть один большой минус у обеих этих схем — это высокое выходное сопротивление. Можно, конечно, уменьшать R_1, но при это рассеиваемая мощность будет увеличиваться (она обратно пропорциональна квадрату сопротивления). Как вы понимаете, в этом нет ничего хорошего. Отличной альтернативой этим схемам инверторов является схема на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП). Она имеет следующий вид:

Логический вентиль на КМОП

Итак, пусть у нас на входе сигнал высокого уровня. Тогда p-канальный МОП-транзистор Q2 будет выключен, а Q1, напротив, будет во включенном состоянии. При этом на выходе будет сигнал низкого уровня. А что если на входе низкий уровень? А тогда наоборот Q1 будет выключен, а Q2 включен, и на выходе окажется сигнал высокого уровня. Вот и все )

Пожалуй, рассмотрим теперь еще одну схемку на полевиках — схему логического вентиля И-НЕ. Этот вентиль имеет два входа и один выход, и и низкий уровень должен быть на выходе только в том случае, когда на оба входа подан сигнал высокого уровня. Во всех остальных случаях на выходе сигнал высокого уровня.

Логический вентиль И-НЕ

Смотрите, как это работает. Если на Входе 1 и Входе 2 высокий уровень, то оба n-канальных транзистора Q1 и Q2 проводят ток, а p-канальные Q3 и Q4 закрыты, и на выходе окажется сигнал низкого уровня. Если на одном из входов сигнал низкого уровня, то один из транзисторов Q3, Q4 открыт, а, соответственно, один из транзисторов Q2, Q1 закрыт. Тогда цепь Q1-Q2-земля разомкнута, а на выход через открытый транзистор Q3 или Q4 попадает напряжение высокого уровня. Вот и получается, что низкий уровень на выходе возможен только если на обоих входах сигнал высокого уровня.

Заканчиваем на этом разговор о полевых транзисторах, мы сегодня рассмотрели схемы на полевых транзисторах и кроме того разобрались как они работают ) Так что до скорых встреч на нашем сайте!

Понравилась статья? Поделись с друзьями!

Схемы на полевых транзисторах.: 8 комментариев
  1. Статья так себе, не для начинающего, такое ощущение, что автор просто процитировал Хоровица, Хилла, без объяснения как одна формула выходит из другой, а про некоторые абзацы я вообще молчу. Например, автор пишет формулу Ic = gm * Uзи, подставляем её в Uи = ic * R1 и мы получаем конечную формулу. Как он её вывел, остатеся загадкой.

    Вообщем НЕЗАЧОТ !

    • Спасибо за Ваше мнение, конечно, но конкретно по поводу формулы — элементарная математика на уровне 7-8 класса школы. Вместо ic в первой формуле подставляется ic из второй формулы и получается третья формула. Это все-таки статья не про то, как скобки раскрывать при перемножении, общие множители выносить итд, подразумевается, что читатель основы математики изучил ранее.

      • С александром согласен. Как новичок постоянно недопонимаю изложенный материал, из-за того, что автор слишком надеется на знания читающих. Я не говорю только про этот сайт, на многих та же проблема — автор упускает какие то крохи информации, которых, все же, не хватает для понимания материала в итоге застой и головные боли, буквально, да =)
        Именно в этом месте узкое горлышко многих сайтов. При желании можно заметно улучшить посещаемость, но судя по комментарием вам этого не сильно хочется

        • Добрый день.
          И опять же повторюсь, если эта статья про транзисторы, то это статья именно про транзисторы и в ней описывать перемножение разных множителей и подстановку переменных в выражение просто неуместно. Это статья не(!) про математику, тем более школьную.

  2. Я относился к вашему сайту именно, как сайту для новичков, где всё разжевано и понятно. Однако относительно этой статьи я не могу этого сказать. Это больше похожи на куски, которые новичку очень сложно связать между собой. Вот опять таки не отходя далеко, ведь человек придя на сайт не поймет, что такое gм. В статье это не указывается .А может быть стоило сказать, что это? Что это крутизна, она характеризуется такими то зависимостями, привести графики поясняющие эти зависимости. И кое-что сразу станет понятнее.

  3. Может вам еще и курс по характеристикам нелинейных элементов, их отличиями и методам изготовления написать?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *