Работа 3.2

Цепи смещения МОП-транзисторов

Эффективным способом стабилизации рабочей точки МОП-транзистора является включение резистора обратной связи в цепь истока (рис. 3.2.1).

Рис. 3.2.1

Для цепи на рис. 3.2.1 справедливо равенство

.

Предположим, что ток стока по какой-либо причине увеличился. Поскольку напряжение затвора постоянно, напряжение   должно уменьшиться, что приведет к уменьшению  . Таким образом, резистор  выполняет функции цепи отрицательной обратной связи.

3.2.1. Классическая цепь смещения МОП-транзистора

Классическая цепь смещения МОП-транзистора показана на рис. 3.2.2. Делитель напряжения – формирует напряжение затвора. Поскольку ток затвора МОП-транзистора ничтожно мал, сопротивления резисторов можно выбрать очень большими, порядка нескольких мегаом. Это обеспечивает высокое входное сопротивление, если схема используется в качестве усилителя. Сопротивления резисторов  и  выбирают такими, чтобы напряжения  ,  и  составляли приблизительно одну треть напряжения источника питания  (правило одной трети).

 

 

Рис. 3.2.2

Пример 3.2.1. Расчет классической цепи смещения МОП-транзистора. Рассчитать цепь смещения МОП-транзистора (рис. 3.2.2), обеспечивающую ток стока . Параметры транзистора: пороговое напряжение , удельная крутизна . Напряжение источника питания .

Решение. В соответствии с «правилом одной трети» выберем сопротивления   и  такими, чтобы , . Поскольку  ток стока должен быть равен 0.5 мА, сопротивления резисторов

;

.

Напряжение затвор-исток найдем из уравнения

.

Решив это уравнение относительно напряжения , найдем, что  . Поскольку напряжение истока , напряжение затвора .
В заключение определим сопротивления  и . Примем, что суммарное сопротивление делителя напряжения . Учитывая, что

,

найдем сопротивления резисторов: , .

3.2.2. Цепь смещения с расщепленным источником

Цепь смещения МОП-транзистора имеет более простую конфигурацию, если используются два источника питания (рис. 3.2.3).

Рис. 3.2.3	Рис. 3.2.4

Резистор  обеспечивает необходимое смещение затвора, а также связь затвора с общей шиной по постоянному току.  Резистор  в цепи истока выполняет функции цепи отрицательной обратной связи.

3.2.3. Цепь смещения с источником тока

Наиболее эффективным  способом смещения рабочей точки транзистора является включение источника тока в цепь истока (рис.3.2.4).

Напряжение затвор-исток определяется выражением

.                                  (3.2.1)

Напряжение стока .

Поскольку ток затвора , напряжение истока .

В качестве источников тока применяют отражатели тока. Цепи смещения с источниками тока широко используют в интегральной схемотехнике, поскольку отражатель тока занимает на кристалле ИС меньшую площадь, чем резистор.

Пример расчета схемы на рис. 3.2.4. В схеме на рис. 3.2.4 , , , . Параметры транзистора: пороговое напряжение , удельная крутизна . Найти напряжения , а также напряжения стока  и истока  относительно земли.

Решение. В соответствии с (3.2.1) напряжение затвор-исток .

Напряжение стока . Напряжение истока .

3.2.4. Рекомендации по сборке схем

При сборке схем использовать модель МОП-транзистора с индуцированным каналом n-типа IRF150 из библиотеки EVAL.slb. Примеры схем можно найти в файлах W3_2_1, W3_2_2 в папке Electronics\Labs.

3.2.5. Рекомендуемая литература

1. Гусев, В. Г. Электроника и микропроцессорная техника: учеб. для вузов / В. Г. Гусев, Ю. М. Гусев. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2004. – 790 с.
2. Степаненко, И. П. Основы микроэлектроники: учеб. пособие для вузов / И.П. Степаненко. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2003. – 488 с.: ил.
3. Хоровиц, П. Искусство схемотехники / П. Хоровиц, У. Хилл: пер. с англ. – 6-е изд. – М.: Мир, 2003. – 704 с., ил.
4. Довгун, В. П. Электротехника и электроника: учеб. пособие: в 2-х ч. Ч. 2 / В. П. Довгун. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. – 252 с.