2020-05-21
79
где CS – разделительная емкость, отражающая выходную емкость электретного микрофона;
Cp – паразитная емкость контактной площадки и соединительной дорожки относительно общей шины и шины питания;
Cjd – барьерная емкость диода VD1;
Cgs – барьерная емкость p-n перехода затвор-исток ПТУП;
rO = 1/gfs – выходное сопротивление истока ПТУП;
gfs – крутизна прямой передачи ПТУП при рабочем токе через ПТУП;
RL – сопротивление нагрузки ПТУП;
VD1– диод, задающий смещение затвора.
Все емкости можно заменить одной эквивалентной входной емкостью
Ci = Cp + Cjd + Cgd +Cgs .(27)
Как следует из рисунка 17, коэффициент передачи истокового повторителя можно представить как произведение двух коэффициентов передачи
,(28)
где A1 – коэффициент передачи, задаваемый емкостным делителем CS, Ci
,(29)
A2 – коэффициент передачи, зависящий от крутизны ПТУП и сопротивления нагрузки RL:
.(30)
Как следует из (29) и (30), для увеличения коэффициента передачи AV необходимо увеличивать крутизну прямой передачи ПТУП gfs и уменьшать входную емкость Ci.
|
|
|
Из результатов измерения коэффициента передачи истокового повторителя можно выделить крутизну прямой передачи gfs и входную емкость ПТУП – Ci. Если разделительную емкость CS выбрать достаточно большой, так чтобы выполнялось условие
,(31)
то A1 ≈ 1 и коэффициент передачи ИП в основном будет определяться коэффициентом передачи A2
.(32)
Тогда из выражения (30) можно рассчитать крутизну
.(33)
Измерив, коэффициент передачи при номинальном значении разделительной емкости CS1 = 10 пФ, можно рассчитать коэффициент передачи, обусловленный емкостным делителем на входе
,(34)
а по значению A1 рассчитать величину входной емкости с использованием соотношения (29)
.(35)
Из эквивалентной входной емкости можно вычленить емкости Cp, Cjd, Cgd, Cgs, зная геометрические размеры ПТУП, диода, контактных площадок и величины удельных емкостей p-n переходов и окислов.
В системе программ схемотехнического анализа OrCAD 9.2 заложена для ПТУП модель Шихмана-Ходжеса. Основными параметрами модели, влияющими на коэффициент передачи, являются [7]:
1.β – коэффициент пропорциональности, определяющий крутизну
ПТУП;
2.VTO – пороговое напряжение;
3.λ – коэффициент модуляции длины канала, определяющий
выходную стоковую проводимость;
4.Cgd – емкость перехода затвор-сток при нулевом смещении;
5.Cgs – емкость перехода затвор-исток при нулевом смещении;
6.IS – ток насыщения p-n перехода затвора;
7.ISR – параметр тока рекомбинации p-n перехода затвора.
Последовательность экстракции параметров модели ПТУП Шихмана-Ходжеса из результатов измерения коэффициента передачи истокового повторителя будет следующая:
|
|
|
ПТУП, работающий в режиме насыщения нормального включения, имеет следующую зависимость тока стока Id от напряжения затвор-исток и сток-исток
.(36)
Крутизна прямой передачи, как следует из (36)
,(37)
Откуда
,(38)
гдеgfs определяется по соотношению (33);
Id – ток стока, равный току потребления истокового повторителя;
Vds – напряжение сток-исток ПТУП
Vds = VSS – IdRL;(39)
VSS – напряжение питания ИП;
RL – сопротивление, включенное последовательно истоку ПТУП.
В качестве начального приближения примем, что
λVds << 1.(40)
Тогда в первом приближении рассчитаем β из (38) с учетом (40)
.(41)
Далее на основе соотношения (36) рассчитывается пороговое напряжение
,(42)
где напряжение затвор-исток Vgs, которое трудно замерить из-за очень малых токов затвора, можно оценить в соответствии со схемой ИП как
Vgs = Vg – Vs = ΔVD – Id RL,(43)
где Vg = ΔVD – напряжение на затворе ПТУП, равное прямому падению напряжения на диоде смещения VD1;
Vs = Id RL – напряжение на истоке ПТУП.
С учетом (43) пороговое напряжение будет рассчитываться как
,(44)
которое в первом приближении с учетом неравенства (40) упрощается до соотношения
.(45)
Падение напряжения на диоде смещения рассчитывается исходя из анализа схемы замещения элементов ИП математическими моделями. Она показана на рисунке 18 [8].
 |
