Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2020
Предложены структуры биполярных и полевых транзисторов, способных работать при питании электронных схем на их основе переменным и постоянным током произвольной полярности. Приведены примеры работы BJT, JFET, MOSFET в ключевых и усилительных каскадах.
Общеизвестно, что все транзисторы изначально предназначались для работы в составе радиоэлектронных устройств при их питании постоянным током только положительной или только отрицательной полярности. Случайная или преднамеренная смена полярности питающего напряжения неизбежно и непоправимо выводила из строя все устройство, в состав которого могли входить сотни и тысячи полупроводниковых элементов.
Несложное новое сочетание ранее хорошо известных компонентов позволяет синтезировать полупроводниковые приборы, в частности, транзисторы, способные работать при питании электронных схем переменным и постоянных током любой полярности.
На Рисунке 1 приведены эквивалентные схемы транзисторов переменного тока, созданные на основе дискретных распространенных элементов – биполярных и полевых транзисторов (BJT, JFET, MOSFET), а также диодов и резисторов. Разумеется, не стоит ожидать от такого сочетания иных фантастически значимых результатов, однако, как будет показано ниже, транзисторы переменного тока могут быть использованы, по меньшей мере, в составе ключевых схем, а также в технике усиления электрических сигналов.
 |
||
| Рисунок 1. | Принципы и примеры построения структур: а) BJT; б) JFET; в) MOSFET, способных работать при питании транзисторных устройств переменным и постоянным током произвольной полярности. |
|
На Рисунке 2 приведены примеры использования BJT и MOSFET в ключевых устройствах. Отчетливо видно, что таковые схемы ни в коей мере не отличаются от своих предшественников, работающих на постоянном токе, однако позволяют добиться довольно примечательных результатов. Диаграммы выходных сигналов, полученные при подаче на вход ключа напряжения постоянного тока +/–12 В, а также переменного тока частотой 1 кГц со среднеквадратичным значением синусоидального напряжения 12 В, и при питании устройства напряжением постоянного тока +/–12 В, а также переменного тока частотой 6 кГц, также приведены на Рисунке 2.
 |
||
| Рисунок 2. | Примеры работы ключевых схем с использованием BJT и MOSFET переменного тока. Ниже представлены диаграммы выходных сигналов при различных сочетаниях входных сигналов и питающих ключевую схему напряжений. |
|
Диаграммы электрических процессов для ключей на BJT и MOSFET практически не отличаются. На Рисунке 2 не показаны ввиду их малости остаточные напряжения импульсов или остатки полупериодов синусоиды противоположной полярности, имеющие уровень порядка 700 мВ.
Электрические схемы усилительных каскадов, выполненных на BJT и JFET переменного тока (Рисунок 3), также относятся к классическим, за исключением того, что они могут питаться переменным и постоянным током произвольной полярности. Ввиду не полной идентичности транзисторов, составляющих BJT и JFET переменного тока, параметры усилителей разнятся, но не столь разительно.
 |
||
| Рисунок 3. | Примеры работы усилительных каскадов с использованием BJT и JFET переменного тока. | |
Так, например, для усилителя на BJT при питании его от источника напряжением +12 В коэффициент передачи составил 41.1 дБ; полоса пропускания на уровне –3 дБ – 2.5 Гц … 330 кГц; коэффициент нелинейных искажений на частоте 1 кГц – 0.827%. При питании от –12 В коэффициент передачи был равен 40.7 дБ; полоса пропускания – 2.2 Гц … 220 кГц; коэффициент нелинейных искажений – 2.038%.
Для усилителя на BJT при питающем напряжении +12 В коэффициент передачи составил 10.2 дБ; полоса пропускания – 25 мГц … 4.7 МГц; коэффициент нелинейных искажений 0.016%. При питании от –12 В коэффициент передачи – 10.4 дБ; полоса пропускания – 25 мГц … 4.2 МГц; коэффициент нелинейных искажений – 0.046%.
