Усилитель на полевом транзисторе | Основы электроакустики
Главная » Усилители
Усилитель на полевом транзисторе
Схемотехнические решения, применяемые при построении каскадов на полевых транзисторах, во многом схожи с решениями, используемыми при построении каскадов на биполярных транзисторах. Существующие особенности связаны с отличием собственных свойств этих приборов.При построении аналоговых усилителей на полевых транзисторах наибольшее распространение получила схема каскада с общим истоком. При этом в ней, как правило, применяются либо полевые транзисторы с управляющим p-n переходом, либо МОП-транзисторы со встроенным каналом. На рис.11.13. приведена типовая схема каскада на полевом транзисторе с управляющим p-n переходом и каналом n-типа. Начальный режим работы полевого транзистора обеспечивается постоянным током IС0и соответствующим ему постоянным напряжением на стоке UСИ0 (для биполярного транзистора IK0и UКЭ0). Ток IС0 в выходной (стоковой) цепи устанавливается с помощью источника питания ЕПИТ и начального напряжения смещения на затворе UЗ0 отрицательной полярности (для полевого транзистора с p-каналом – положительной полярности). В свою очередь, напряжение UЗ0 обеспечивается за счет того же самого тока IС0, протекающего через резистор в цепи истока RИ, т.е. UЗ0=IC0RИ. Это напряжение через резистор RЗ прикладывается к затвору с полярностью, приоткрывающей транзистор. Изменяя RИ, можно изменять напряжение UЗ0 и ток стока IC0, устанавливая его требуемое значение.
Рис.11.13. Усилитель на полевом транзисторе
Резистор, кроме функции автоматического смещения на затворе, выполняет функцию термостабилизации режима работы усилителя по постоянному току, стабилизируя IC0. Чтобы на сопротивлении RИ не выделялось напряжение за счет переменной составляющей тока стока IC (это привело бы к ООС по переменному току), его шунтируют конденсатором CИ, емкость которого определяют из условия СИ >> 1/ωRИ, где ω – частота усиливаемого сигнала. Резистор RЗ, включенный параллельно входному сопротивлению усилителя, которое очень велико (сопротивление p-n перехода исток – затвор), должен иметь соизмеримое с ним сопротивление. Динамический режим работы полевого транзистора обеспечивается резистором в цепи стока RC, с которого снимается переменный выходной сигнал при наличии входного усиливаемого сигнала. Обычно RC << RЗ; RЗ ≈ RВХ. Коэффициент усиления каскада на полевом транзисторе в области средних частот определяется равенством КU = – SRC~ , где S – статическая крутизна характеристики полевого транзистора; RC~ = RCRН / (RС + RН).
Знак «–» в выражении 11.11 указывает, что усилительный каскад с ОИ меняет фазу усиливаемого сигнала на 180º (как в усилительном каскаде с ОЭ). В этой схеме можно обеспечить любой из описанных классов усиления, однако наиболее часто она используется в режиме класса А при построении входных каскадов усилителей. Объясняется это следующими преимуществами полевого транзистора перед биполярным: — большее входное сопротивление, что упрощает его согласование с высокоомным источником сигнала;- как правило, меньший коэффициент шума, что делает его более предпочтительным при усилении слабых сигналов; — большая собственная температурная стабильность режима покоя. Вместе с тем каскады на полевых транзисторах обычно обеспечивают получение меньшего коэффициента усиления по напряжению. Из-за схожести выходных ВАХ графический анализ работы усилительного каскада на полевом транзисторе идентичен рассмотренным ранее случаям усилителя на биполярном транзисторе.
Режим работы транзистора в схеме усилительного каскада
Усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером
Методы задания начального режима работы транзистора
Режимы работы биполярного транзистора
Разновидности и режимы работы полевых транзисторов
Классы усиления транзисторных усилительных каскадов
Ключи на полевых транзисторах
Способы обеспечения рабочего режима транзистора
Кафедра технологии бетона и строительных материалов — Технологии определяют всё
Является одним из старейших подразделений современного Брестского технического университета.
История кафедры начинается с 1967 года, когда ещё в Брестском инженерно-строительном институте (сегодня Брестский государственный технический университет) была основана кафедра «Строительные материалы».
Кафедру возглавляли:
Жоров Владимир Леонтьевич, к.т.н., доцент (с 1967 по 1977 год)
Зайцев Анатолий Алексеевич, к.т.н., доцент (с 1977 по 1987 год)
Волкова Флора Николаевна, к.т.н., доцент (с 1987-1988 год).
В 1988 году кафедра «Строительные материалы» была объединена с кафедрой «Технология строительного производства». Объединённая кафедра стала называться «Технология строительного производства и строительные материалы», которую возглавляли:
Бобко Фадей Александрович к.т.н., доцент (с 1988 по 1989 год)
Голубицкая Галина Андреевна, к.т.н., доцент (с 1989 по1991 год)
В 1991 году в институте открывается подготовка инженеров-технологов-строителей по специальности «Производство строительных изделий и конструкций». Организация учебного процесса по данной специальности возложена на кафедру «Технологии строительного производства и строительных материалов». Разнообразие направлений работы кафедры не позволяет эффективно управлять её деятельностью и требует совершенствования структуры управления учебным процессом. В связи с чем приказом ректора по Брестскому политехническому институту №67 от 12 июня 1992 года в отдельное подразделение выделяется уже кафедра «Технологии бетона и строительных материалов» которую с 1992 по1993 год возглавляет Довнар Надежда Ивановна, к.т.н., доцент.
С 1993 года кафедрой руководит Тур Виктор Владимирович, профессор, доктор технических наук.
Кафедра технологии бетона и строительных материалов является выпускающей кафедрой по специальности 70 01 01 «Производство строительных изделий и конструкций» и готовит специалистов, имеющих квалификацию инженер-строитель-технолог, что позволяет им работать практически в любом направлении строительного, и не только, производства.
Так же на кафедре изучают специальные дисциплины строительного профиля студенты следующих специальностей очного и заочного обучения: «Промышленное и гражданское строительство» (1-70 02 01), «Автомобильные дороги» (1-70 03 01), «Экспертиза и управление недвижимостью» (1-70 02 02), «Архитектура» (1-69 01 01), «Сельское строительство и обустройство территорий» (1-74 04 0), «Автоматизация технологических процессов и производств» (1-53 01 01), «Водоснабжение, водоотведение и охрана водных ресурсов» (1-70 04 03), «Мелиорация и водное хозяйство» (1-74 05 01), «Коммерческая деятельность» (1-25 01 10).
На кафедре проводится подготовка аспирантов по специальности «Строительные конструкции, здания и сооружения», «Строительные материалы и изделия».
FET в качестве усилителя напряжения, общего истока, общего стока, общего затвора
Содержание
1
FET в качестве усилителя напряжения:Как и биполярный транзистор, полевой транзистор также может использоваться как усилитель переменного тока для получения усиления по напряжению. Когда это устройство используется в области отсечки, небольшое изменение напряжения затвора по отношению к напряжению истока (входное напряжение) приводит к значительному изменению напряжения стока по отношению к напряжению истока (выходное напряжение). Другими словами, при изменении напряжения затвор-исток (VGS) JFET также происходит изменение тока стока (ID). Изменения ID также вызывают изменение выходного напряжения VD. Таким образом, усиление напряжения JFET зависит от управления напряжением затвор-исток. С помощью вариаций, в которых ток стока изменяется или контролируется. Таким образом, изменения тока стока могут вызвать значительное изменение напряжения параллельно нагрузке (которая подключена последовательно рядом со стоком). Важно знать крутизну проводимости (обозначается g m ), прежде чем что-то узнать об усилителях на JFET, потому что крутизна проводимости играет важную роль в управлении коэффициентом усиления по напряжению. Таким образом, крутизна может быть определена следующим образом:
Взаимное отношение изменения тока стока (выходного) к изменениям напряжения затвора и истока (входное напряжение) называется крутизной. т. е.
g m = изменение тока стока/изменение напряжения затвора по отношению к напряжению истока
Как изменения в I D и V GS результат из-за напряжения тока, таким образом, с точки зрения значений переменного тока, формула крутизны может быть описана ниже: … mho или siemens
Из приведенной выше формулы получается следующее значение тока стока.
I d = g м В gs или I d = g м В in
Формула показывает, что выходной ток I d равно произведению входного напряжения V gs и крутизны g m . Поскольку источник тока (значение которого равно gm V gs ) является источником управления напряжением (т. е. изменение значения V gs изменяет значение I d ), то ток, генерируемый источником тока, зависит от V gs ( входное напряжение)
Помните, что для достижения высокого коэффициента усиления необходимо, чтобы JFET имел смещение в этой области. Где г м 9Значение 0012 является максимальным (т.е. около V gs =0). Другими словами, для достижения высокого коэффициента усиления JFET следует использовать вместе с g m .
Усилитель с общим истокомУсилитель с общим истоком (CS) просто напоминает BJT-усилитель с общим эмиттером, поэтому у них есть много общего. Для усиления напряжения наиболее широко используется схема с общим истоком по сравнению с остальными схемами.
На рисунке 5.24 (а) показана схема усилителя с общим истоком, состоящая из делителя напряжения смещения, а на рисунке (б) показана его эквивалентная схема. Конденсаторы связи использовались на входе и выходе цепей, которые работают как короткое замыкание переменного тока (т. Е. Через него проходят только сигналы переменного тока). Вот почему вход переменного тока был напрямую связан с затвором FET. Конденсатор, установленный параллельно R S , является байпасным конденсатором, который также выполняет функцию короткого замыкания. Поскольку исток был зашунтирован с землей через этот шунтирующий конденсатор, поэтому все входное напряжение объединяется между затвором и истоком, через который генерируется ток стока переменного тока. Другими словами, сигнал переменного тока подается на затвор, а выходной сигнал принимается на стоке. Поскольку ток стока проходит через резистор стока, его значение равно g м В в , поэтому на выходе получается усиленный сигнал переменного тока. Помните, что выходные напряжения переменного тока, полученные через усилитель JFET с общим истоком (точно так же, как напряжение переменного тока, полученное через усилитель BJT с общим эмиттером), сдвинуты по фазе на 180 ° (т. Е. Инвертированный выходной сигнал, полученный через такие усилители). Затем выходной сигнал соединяется с нагрузочным сопротивлением через конденсатор связи, установленный на выходе (рисунок а)
Рисунок 5.24 РабочийКогда входное напряжение увеличивается или уменьшается, изменения происходят в В gs , за счет чего уровни токов стока (I d ) также соответственно увеличиваются или уменьшаются. Аналогично, из-за изменений в I D падает напряжение, параллельное резистору стока R D . В результате этого изменения в V RD накапливаются усиленные выходные напряжения переменного тока V o или V out . Когда входные напряжения движутся в положительном направлении, напряжение отрицательных источников затвора (-V gs ) уменьшается. Из-за этого сокращения -V gs уровень ID увеличивается. Следовательно, падение напряжения параллельно R D увеличивается. Как показано ниже
V D =V DD -I D R D
Таким образом, в результате увеличения I D происходит падение напряжения стока или выходного напряжения. Таким образом, когда входное напряжение движется в положительном направлении, выходное напряжение движется в отрицательном направлении. Точно так же, когда входное напряжение V i изменяется в положительном направлении, уровень I D уменьшается за счет добавления в -V gs . В результате капля, параллельная R D минимизирует. Таким образом, выходное напряжение становится положительным. Таким образом, выходное напряжение этого усилителя сдвинуто по фазе на 180° по отношению к входному напряжению. Соотношение фаз показано на рис. 5.25
Другими словами, когда на вход подается отрицательный сигнал, то
i). Смещение затвора увеличивается
ii). Область истощения расширяется
iii). Сопротивление канала увеличивается
iv). I D становится ниже
v). Падение параллельно R D уменьшается
vi). В результате на выходе появляется положительный сигнал
При подаче на вход положительного сигнала на выходе принимается отрицательный сигнал. Это означает, что существует инверсия фазы между входным сигналом, подаваемым на затвор, и выходным сигналом, поступающим на сток. На рис. 5.24 (б) показана эквивалентная схема, параллельная этому усилителю. Так как между клеммами затвора и истока появляются входные напряжения переменного тока, следовательно, значение источника тока равно gm V в . Этот ток стока переменного тока проходит через резистор стока переменного тока.
Входной импедансВходной импеданс усилителя с общим истоком (Z в ) равен сумме параллельных R GS R 1 ║R 2 , как видно из эквивалентной схемы. рисунок (б). Когда значение R GS типичного JFET чрезвычайно велико, входное сопротивление усилителя с общим истоком будет следующим.
З в = R 1 ║R 2 = R 1 XR 2 /R 1 +R 2
RD и RL, т.е.Z OUT = R D ║ R L = R D x R L /R D + R L
AS D ЗДАРОВА. крайне высока в области отсечки, поэтому значение Z из обычно равно следующим
Z out = R L … if R D ˃˃ R L
Коэффициент усиления по напряжениюОтношение между выходным переменным напряжением и входным переменным напряжением называется усилением переменного напряжения. т.е.
A ν = V OUT / V в … (1)
В случае JFET AS V GS = V в и V DS = V OUT , тогда и V DS = V , а затем и V DS = V , затем и V DS = V , затем и V DS = V , тогда А ν = В ds / В gs … (2) Когда выходной ток проходит через резистор стока переменного тока Rd, значение выходного напряжения в данной ситуации будет таким, как показано ниже. V DS = I D R D … (3) Мы знаем, что I D = GM v GS Входные значения ID в уравнении (3) V DS DS. = г м . В гс . R d … (4) Если уравнение (4) разделить на V gs , то V ds / V гс = гм. R d … (5) Поскольку отношение между входным напряжением и выходным напряжением называется усилением по напряжению V gs , следующее значение усиления достигается с помощью JFET. А ν = г м . R d … (6) Из приведенного выше уравнения видно, что усилитель JFET с общим истоком равен времени крутизны сопротивления стока переменного тока или равен произведению сопротивления стока переменного тока на крутизну. Поскольку за счет схемы с общим истоком достигается более низкий коэффициент усиления по напряжению (всего в ⅒ раза по сравнению со схемой на биполярных транзисторах с общим эмиттером), а на ее выходе также присутствуют искажения, поэтому использование этой схемы сравнительно меньше. Однако самым большим преимуществом схемы является то, что ее входной импеданс максимален, благодаря чему схема усилителя используется в качестве схемы согласования импеданса между сигналом с высоким импедансом и сигналом с низким импедансом. На рис. 5.26 показана схема усилителя с общим истоком на полевых транзисторах с собственным смещением вместо смещения делителя напряжения. Полная информация о схемах уже была описана выше. Однако значения входного и выходного импеданса в случае схемы самосмещения следующие. Входное сопротивление такой схемы равно параллельной комбинации R G и R GS . Z в = R G ║R GS = R G x R GS /R G + R GS Поскольку значение R GS типичного полевого транзистора чрезмерно велико, поэтому входное сопротивление входа усилителя с общим истоком с самосмещением будет равно до следующего, то есть Z I N = R G , тогда как выходной импеданс равняется параллельной комбинации R D и R L Z OUT = R D ║R 1 Z вых = R1 … если R D ˃˃R 1 поэтому, учитывая дефекты схемы CS, используется схема усилителя с общим стоком. Схема с общим стоком также называется схемой истокового повторителя. Этот тип цепи изображен на диаграмме 5.27 9.0003 Выходные напряжения параллельны резистору истока R S в общей цепи стока. Резистор внешней нагрузки R L соединен с клеммой общего истока полевого транзистора, а напряжение смещения затвора V G получается через V DD с помощью делителей потенциала R 1 и R 2 . Таким образом, в цепи возникло смещение делителя потенциала. Резистор не закреплен последовательно с выводом стока, ни какой-либо шунтирующий конденсатор истока, т.е. вывод стока подключен напрямую к напряжению питания В ДД . Входной сигнал имеет тенденцию управлять воротами. В то время как выходной сигнал связан с источником через нагрузку. Как и эмиттерный повторитель, коэффициент усиления по напряжению истокового повторителя также меньше единицы. Самым большим преимуществом этой схемы является то, что ее сопротивление слишком велико. По этой причине часто в начале системы применяются истоковые повторители, за которыми следуют биполярные ступени усиления по напряжению (помните, что усиление по напряжению у JFET меньше, чем усиление по напряжению у BJT, однако его входное сопротивление больше, чем у BJT. Вот почему Преимущество высокого входного сопротивления полевого транзистора достигается за счет его установки в начале многокаскадного усилителя, а высокий коэффициент усиления по напряжению достигается за счет последующей фиксации биполярного транзистора. Таким образом, максимальное преимущество может быть получено за счет совместного применения полевого транзистора и биполярного транзистора). Помните, что эта схема сравнительно более популярна. Для понимания работы схемы с общим стоком необходимо принять во внимание, что V Значение GS остается постоянным, значение напряжения источника V s равно (рисунок 5. 28) V S = V G +V GS При подаче сигнала на a Затвор полевого транзистора через входной конденсатор C 1 , происходит увеличение или уменьшение V G соответственно в зависимости от того, является ли сигнал положительным или отрицательным, однако VGS остается постоянным. Например, при увеличении Vi на 0,5 В напряжение источника Vs также увеличивается примерно на 0,5 В. Точно так же, когда вход равен -0,5 В, VS также уменьшается примерно на 0,5 В. Поскольку клемма истока полевого транзистора также является его выходной клеммой, поэтому выходное напряжение, получаемое через общую схему стока, почти равно входному напряжению. По этой причине коэффициент усиления по напряжению цепи с общим стоком называется единицей (однако практически имеется небольшая разница между V 1 и V 0 ) Поскольку выходные напряжения на клемме истока JFET изменяются посредством напряжения сигнала, подаваемого на затвор, поэтому общая схема стока также называется истоковым повторителем. Входными клеммами этой схемы являются сток и затвор, а выходными клеммами — исток и сток. Таким образом, клемма стока является общей между входной и выходной клеммами, или входные и выходные сигналы подаются относительно стока (который заземлен). Таким образом, такой терминал известен как общий сток или наземный сток. Однако следует помнить, что при смещении этой цепи помимо метода смещения делителя напряжения также используется метод самосмещения (рис. 5.29).) Значение сопротивления источника переменного тока общей цепи стока: . Коэффициент усиления по напряжению Мы знаем, что, как и у остальных усилителей, коэффициент усиления по напряжению этого усилителя также равен A ν= V out / V in . Значение выходного напряжения этой схемы V out равно I d R s , а значение входного напряжения равно V гс + я дс . Как показано на диаграмме 5.30, усиление по напряжению источника равно A ν= I d R с / V с +I d R с above equation (i. e. I d = g m V gs ) Aν = g m V gs R s /V gs +g m V gs R с = г м В гс R s / V gs (1+g m R s ) Отмена Vgs, можно сделать следующий вывод Aν = g m . R S / 1+ G M + R S Входной импеданс исходного последователя составляет ниже Z в = R G… Self Self Self Self Self Self. смещение Z в =R 1 ║R 2 …смещение делителя напряжения iii). Выходное сопротивление Выходное сопротивление истокового повторителя R s очень низкое. Его формула выглядит следующим образом: Z out = R с / 1+g м R с остается меньше единицы. Кроме того, выходные напряжения расположены на истоке, поэтому они синфазны с напряжением затвора/входным напряжением. Благодаря высокому коэффициенту импеданса усилитель с общим стоком очень удобен для применения в качестве схемы согласования импеданса между сигналом с высоким импедансом и нагрузкой с низким импедансом. В значительной степени усилитель на полевых транзисторах с общим затвором напоминает усилитель на биполярных транзисторах с общей базой. Подобно усилителю с общей базой (CB), входное сопротивление усилителя с общим затвором (CG) очень низкое. В качестве усилителя с общим источником и общим стоком входное сопротивление очень велико, так как такой усилитель с общим затвором отличается. На рисунке 5.31 (а) показана схема усилителя с общим затвором, а на рисунке (б) — его параллельная схема. Согласно схеме затвор полевого транзистора закреплен на земле. Сигнал входного напряжения соединяется с клеммой истока полевого транзистора через сигнальный конденсатор C 2 , тогда как внешний нагрузочный резистор R L соединяется с клеммой стока полевого транзистора через нагрузочный конденсатор C 3 . Другой конденсатор C 1 был закреплен на клемме затвора или заземлении переменного тока. Поскольку затвор замыкается на землю, поэтому все входные напряжения истока полевого транзистора генерируются параллельно клемме затвор-исток. Помните, схема, показанная на диаграмме (а), содержит потенциал смещения делителя. Как В i предоставляются параллельно выводам истока и затвора полевого транзистора (как видно из эквивалентной схемы общих затворов, показанной на рисунке), а V 0 получаются через выводы стока и затвора, поэтому эта схема является общим затвором и иногда заземлена. затвор из-за общего затвора как между входом, так и выходом. Мы знаем, что входное сопротивление схемы усилителя с общим истоком и общим стоком очень велико (поскольку они имеют входную клемму затвора). Напротив, входное сопротивление общего затвора, подключенного к последовательной цепи (в которой исток является входным терминалом), чрезвычайно мало. Это было объяснено с помощью следующих шагов. Входной ток или ток истока схемы с общим затвором эквивалентен току стока, т.е. I в = I S = I D = G M V GS Входные напряжения цепей эквивалентны V GS I.E. V в = V = V = V = V = V = V = V = V = V = V = V = V = V = V = V = v = V = V = V gs . Таким образом, значение входного сопротивления на клемме источника соответствует R in (источник) = V in /I in = V gs /g m / gs gm Например, если значение gm равно 4000 сименсов (µ), то R in (исток) = 1/4000µ= 250 Ом Значение усиления по напряжению между истоком и стоком: in
A ν = g m R d where R d = R D x R L /R D + R L
Приведенное выше уравнение, полученное для усилителя с общим затвором, аналогично уравнению, полученному для усилителя с общим истоком. Единственная разница заключается в том, что между входом и выходом усилителя с общим затвором не происходит фазового сдвига (т. е. выход схемы с общим затвором находится в фазе с его входом), потому что положительный входной сигнал дает положительный выходной сигнал, а отрицательный входной сигнал дает отрицательный выходной сигнал. Напомним, что удельное значение коэффициента усиления по напряжению, полученного от схемы с общим затвором, равно 25,9.0003
Входное сопротивлениеСхема имеет очень низкое входное сопротивление, значение которого указано ниже.
Z i = R s ║1/ g m
Помните, что такой тип схемного усилителя имеет несколько ограниченную оценку из-за его низкого входного сопротивления.
Выходное сопротивлениеВыходное сопротивление этой схемы равно выходному сопротивлению усилителя с общим источником, т. е.
Z 0 = R D ║ Z d
Где Z d = r d
высокоимпедансная нагрузка. Это происходит из-за унаследованного низкого входного импеданса и высокого выходного импеданса. Схема обеспечивает более высокий коэффициент усиления по напряжению по сравнению с усилителем с общей базой на биполярных транзисторах, тогда как коэффициент усиления по току почти равен единице.
JFET в качестве аналогового переключателяJFET можно также использовать в качестве аналогового переключателя помимо усиления. Аналоговый переключатель — это устройство с электронным управлением, которое передает или блокирует постоянно изменяющийся сигнал аналогового типа. В качестве альтернативы, когда JFET работает как переключатель, он передает или блокирует небольшой сигнал переменного тока. Напротив, цифровой переключатель постоянно переключается между двумя возможными уровнями (низкий или высокий), как показано на рисунке 5.32. Аналоговый переключатель замыкается или размыкается через цифровой вход. Открытие/закрытие переключателя зависит от характера устройства. Некоторые устройства замыкают переключатели из-за высокого входного сигнала и размыкают переключатели в ситуациях низкого входного сигнала. Тогда как работа некоторых устройств абсолютно обратная. Поскольку сигнал аналогового переключателя управляется через цифровой вход, аналоговый переключатель также называется цифровым аналоговым переключателем (DAS). Помните, что когда какой-либо JFET используется в качестве аналогового переключателя, его напряжения затвор-исток ограничиваются всего двумя значениями (т. е. нулевым значением или более высоким значением по сравнению с V GS (ВЫКЛ.) . Таким образом, JFET включается или выключается точно так же, как переключатель, работающий в омической области или области отсечки.
JFET можно использовать в качестве аналогового переключателя, как показано на диаграмме 5.33. Из рисунка видно, что аналоговый сигнал (Ʋ d ) подключен к R D , где обычно используется фиксированное напряжение питания (Ʋ DD ). Цифровой сигнал, который замыкает или размыкает переключатель, представляет собой напряжение затвор-исток (V GS ). В ГС 9Значение 0012 равно нулю вольт (из-за чего JFET проводит) или равно V p (из-за чего JFET выключается). Выходное напряжение переключателя (Ʋ 0 ) представляет собой такое напряжение стока к истоку, значение которого равно Ʋ d (когда JFET отключается) или близко к нулю (когда JFET проводит). Помните, что последовательность переключений, показанная на диаграмме 5.32, отличается от последовательности переключений на диаграмме 5.33, потому что переключатель теперь зафиксирован параллельно сопротивлению нагрузки R L . Когда переключатель закрывается (JFET включается), он закорачивает R L очень эффективно. Когда ключ замкнут (в такой ситуации JFET отключается), это короткое замыкание истощается. Помните, что когда JFET применяется в качестве аналогового переключателя, он работает в области сопротивления, регулируемой напряжением, а не в области отсечки.
Рисунок 5.32Рисунок 5.33 Шунтирующий переключатель
На диаграмме 5.34 (a) показан шунтирующий переключатель JFET. Поведение или отсечка JFET зависит от низких и высоких значений V GS . Когда В GS высокие (т.е. ноль вольт), JFET работает в своей омической области. Когда значение V GS низкое, полевой транзистор JFET остается в состоянии отсечки, что видно из параллельной схемы шунтирующего переключателя, показанной на рисунке (b). При нормальной работе на вход должен подаваться слабый сигнал переменного входного напряжения (менее 100 мВ). Такой слабый сигнал гарантирует, что до тех пор, пока сигнал переменного тока не достигнет своего положительного значения, JFET будет работать в своей омической области.
Когда V Значение GS высокое, полевой транзистор JFET работает в своей омической области, из-за чего открытый ключ, показанный на рисунке (b), стремится закрыться. Поскольку значения R DS меньше по сравнению с R D , поэтому значения V out намного меньше, чем значения V in . Когда значение V GS низкое, JFET отключается, и переключатель, показанный на рисунке (b), размыкается. В такой ситуации значения входа и выхода эквивалентны (т. е. V i = V out ). Таким образом, шунтирующий переключатель JFET передает сигналы переменного тока, т.е. пропускает их или останавливает (блокирует) их.
Рисунок 5.34 Переключатель серииНа диаграмме 5.34 (c) показан переключатель серии JFET, тогда как на (d) показана его эквивалентная схема. Когда V GS имеет высокий уровень, переключатель замыкается, и сопротивление JFET становится эквивалентным R DS . В такой ситуации выход почти совпадает с входом. Когда значение V GS низкое, JFET открывается, и значение V out почти становится равным нулю. Коэффициент включения-выключения серийного выключателя (В вых (макс.) В вых(мин) ) выше, чем у шунтового переключателя, поэтому он широко используется.
Предыдущая тема: Смещение JFET
Следующая тема: MOSFET
Для проектов, связанных с электроникой и программированием, посетите мой канал YouTube.
Ссылка на мой канал YouTube
Что такое компрессор FET и как он работает? – My New Microphone
Компрессор на полевых транзисторах (FET) является одним из наиболее распространенных типов аппаратных компрессоров (или эмуляции плагинов) на рынке, и его следует понимать на пути к совершенствованию звука.
Что такое компрессор FET? Компрессор FET представляет собой аналоговый компрессор, в основе которого лежит полевой транзистор. Эти компрессоры быстродействующие и обеспечивают большую защиту от переходных процессов, чем другие типы компрессоров.
В этой статье мы узнаем, как работают компрессоры FET; взгляните на некоторые примеры компрессоров FET и рассмотрите их сильные и слабые стороны и типичные области применения.
Похожие статьи My New Microphone:
• 11 лучших плагинов для эмуляции FET-компрессора для DAW
• 11 лучших советов по сжатию для микширования (всего)
- БАЭ 500С
- Универсальное аудио 1176LN
- Эффекты происхождения Cali76
- Arturia Comp FET-67
Введение в сжатие
Чтобы начать эту статью правильно, мы должны кратко обсудить сжатие в более общем смысле.
Щелкните здесь, чтобы перейти к разделу Что такое компрессор на полевых транзисторах?
Сжатие динамического диапазона (что является полным техническим термином для того, что обычно называют просто «сжатием») — это процесс уменьшения общего динамического диапазона аудиосигнала. Что касается аудиосигналов, динамический диапазон относится к разнице амплитуд между самой высокой и самой низкой точками сигнала.
В большинстве случаев минимальный уровень шума является самой низкой точкой сигнала. Компрессоры будут работать, ослабляя только самые громкие части сигнала (вместо того, чтобы поднимать тихие части, что технически является восходящей компрессией).
При определении того, как компрессор должен ослаблять «самые громкие части» сигнала, необходимо ответить на два основных вопроса:
- Что представляет собой самые громкие части?
- Насколько должны быть ослаблены самые громкие части?
Параметры порога и отношения компрессора отвечают на каждый из этих вопросов соответственно.
Что такое порог компрессора? Порог компрессора — это установленный предел амплитуды, который определяет, когда компрессор будет включаться и выключаться. Когда вход превышает пороговое значение, включается компрессор (с заданным временем атаки). Когда входной сигнал падает ниже порогового значения, компрессор отключается (в соответствии со временем его отпускания).
Какой коэффициент компрессора? Коэффициент сжатия сравнивает количество децибел, на которое входной сигнал превышает пороговое значение, с количеством децибел, на которое выходной сигнал превышает пороговое значение. Другими словами, это относительная величина затухания, которое компрессор будет применять к сигналу.
Чтобы узнать больше об управлении порогом и соотношением компрессора, ознакомьтесь со следующими статьями My New Microphone соответственно:
• Сжатие динамического диапазона: что такое управление соотношением?
Другие параметры компрессора, о которых стоит упомянуть, следующие (я добавил ссылки на подробные статьи по каждому параметру): амплитуда входного сигнала превышает пороговое значение.
Все компрессоры работают со схемой снижения усиления, которая эффективно сжимает аудиосигнал в ответ на управляющий сигнал. Этот управляющий сигнал (также называемый боковой цепью) получается из входного аудиосигнала (общий) или внешнего аудиосигнала (реже). Он управляется с помощью вышеупомянутых параметров компрессора.
Таким образом, каждый компрессор будет иметь два критических пути прохождения сигнала:
- Путь аудиосигнала, который проходит через схему снижения усиления и сжимается.
- Путь управляющего сигнала (боковой цепи), который считывает, манипулирует сигналом боковой цепи (входным или внешним) и управляет схемой снижения усиления.
В компрессорах на полевых транзисторах схема снижения усиления основана на полевом транзисторе.
Для получения дополнительной информации о сжатии ознакомьтесь с моей статьей «Полное руководство по сжатию аудио и компрессорам».
С этим учебником давайте перейдем к компрессорам на полевых транзисторах и к тому, как они работают для сжатия динамического диапазона аудиосигналов!
Что такое компрессор на полевых транзисторах?
Компрессор на полевых транзисторах, как можно понять из названия, представляет собой компрессор, использующий полевой транзистор (FET) в качестве основы схемы снижения усиления.
Что такое полевой транзистор? FET (полевой транзистор) представляет собой полупроводниковый прибор, который использует электрическое поле для управления током, протекающим между выводами истока и стока. Подача напряжения на третий вывод (затвор) изменяет проводимость между истоком и стоком, тем самым изменяя ток/сигнал.
Как уже упоминалось, полевой транзистор имеет 3 вывода: исток (S), сток (D) и затвор (G). Эти клеммы показаны на следующем изображении:
Повторим еще раз: полевые транзисторы управляют потоком тока между истоком и стоком (который мы можем назвать выходом), изменяя проводимость между истоком и истоком при приложении напряжения к ворота (которые мы можем назвать входом).
Точнее, путем изменения напряжения смещения, подаваемого на затвор и исток (В GS ), мы можем изменить напряжение между истоком и стоком (V DS ) на выходе.
Полевые транзисторы часто работают в пределах участка постоянного тока их выходной характеристики.
Их также можно использовать в качестве переключателей с выходами «вкл.» и «выкл.». Точка, в которой транзистор достигает «закрытого положения», называется «отсечкой», когда сопротивление между истоком и затвором очень велико.
Однако с компрессорами на полевых транзисторах (и многими другими аудиоприложениями) полевые транзисторы будут работать в своей линейной области непосредственно перед отсечкой, где V DS относительно мал. В этой линейной области полевой транзистор будет работать как резистор с переменным напряжением.
В этой области сопротивлением сток-исток R DS можно управлять, изменяя напряжение смещения V GS . Изменяя напряжение на входе полевого транзистора, мы можем управлять сопротивлением между истоком и стоком и, в конечном счете, напряжением на «выходе».
Схема снижения коэффициента усиления компрессора на полевых транзисторах может быть упрощена (хотя и упрощённо) как делитель напряжения с переменным резистором (сам полевой транзистор):
Где у нас есть следующее общее уравнение:
- V out : Audio Out
- В в : Аудиовход
- R 1 : сопротивление постоянного резистора (аудиосхема перед полевым транзистором)
- R 2 : переменное сопротивление полевого транзистора
Разбивая его таким образом, мы видим, что по мере увеличения сопротивления полевого транзистора происходит передача большего количества сигналов. Следовательно, по мере уменьшения сопротивления полевого транзистора (по мере увеличения входного сигнала) будет больше ослабление/сжатие выходного аудиосигнала.
Обратите внимание, что выходной сигнал должен быть очень слабым, чтобы работать в «линейной области». Компрессоры на полевых транзисторах часто должны уменьшать уровень сигнала перед сжатием и обеспечивать каскад усиления после сжатия. Это часто достигается с помощью трансформаторов, которые вносят некоторое искажение в сигнал.
Итак, как работает компрессор FET?
Ну, входной сигнал не только управляет входом полевого транзистора, но также влияет на напряжение смещения сетки полевого транзистора. Другими словами, входной сигнал составляет сигнал программы/аудио и сигнал боковой цепи. Все идет нормально.
В пределах линейного диапазона напряжение смещения затвора (и V GS ) становится более отрицательным, а сопротивление между стоком и истоком (R DS ) увеличивается.
Поскольку сигнал программы испытывает большее сопротивление, он будет эффективно ослаблен/сжат.
Поскольку напряжение/амплитуда входа полевого транзистора управляет выходным сигналом полевого транзистора, это будет влиять на напряжение смещения полевого транзистора. Фактически это означает, что по мере увеличения уровня входного сигнала также происходит уменьшение усиления.
Таким образом, мы можем сказать, что компрессоры FET зависят от программы: величина применяемого сжатия зависит от уровня сигнала программы/входного сигнала. На самом деле, они настолько программно-зависимы, что у большинства даже нет регулятора порога, поскольку порог будет в значительной степени определяться линейным диапазоном самого полевого транзистора.
Чтобы понять, почему это происходит, давайте рассмотрим топологию конструкции компрессора с обратной связью на полевых транзисторах. Давайте начнем с этой простой схемы потока сигналов:
Таким образом, звуковой сигнал поступает на полевой транзистор, а резистор с переменным напряжением/полевой транзистор создает выходной сигнал. Затем этот выходной сигнал возвращается (это схема компрессора обратной связи) на вход FET.
Однако, прежде чем сигнал обратной связи вернется на вход, он проходит через пиковый детектор. Пиковый детектор представляет собой последовательное соединение диода и конденсатора, которое выдает постоянное напряжение, равное пиковому значению приложенного сигнала переменного тока. В этом случае постоянное напряжение является отрицательным напряжением смещения для затвора полевого транзистора.
Для получения дополнительной информации об обратной связи и упреждающем сжатии ознакомьтесь с моей статьей Feedback Vs. Компрессоры динамического диапазона с прямой связью в аудио.
Следовательно, по мере увеличения уровня входного сигнала увеличивается и отрицательное напряжение смещения.
Иными словами, «сайдчейн-сигнал» компрессора на полевых транзисторах непрерывно регулирует смещение полевого транзистора и изменяет сопротивление полевого транзистора, чтобы соответствующим образом изменить его затухание.
Вот простая блок-схема сигнала для выражения боковой цепи компрессора. Обратите внимание, что в компрессорах на полевых транзисторах пиковый детектор будет схемой определения уровня, а постоянное смещение затвора будет управляющим сигналом:
Если смещение превышает естественный порог полевого транзистора, схема вызовет некоторое снижение усиления.
Применяя небольшое смещение постоянного тока к управляющему напряжению полевого транзистора, мы можем получить различные характеристики снижения усиления (кривые входа/выхода), делая компрессор более или менее чувствительным к изменению входного сигнала на затворе.
Управление атакой и релизом компрессора на полевых транзисторах стало возможным благодаря изменению характеристик пикового детектора.
Еще одно замечание о природе полевых транзисторов и цепей обратной связи заключается в том, что они не смогут обеспечить точное управление соотношением. Вместо этого они будут иметь соотношение чуть более 1: 1 чуть выше порога, а затем оно приблизится к ∞: 1 значительно выше порога. Таким образом, регуляторы соотношения, по существу, регулируют надпороговый уровень перед неизбежным соотношением ∞:1.
Более подробно эти параметры выглядят следующим образом (я дал ссылки на подробные статьи по каждому элементу управления):
- Ratio: отношение амплитуды входного сигнала выше установленного порога к выходной амплитуда сигнала выше порога.
- Атака: количество времени, которое требуется компрессору для включения/реакции, когда амплитуда входного сигнала превышает пороговое значение.
- Release: количество времени, которое требуется компрессору для отключения (для прекращения ослабления сигнала) после того, как входной сигнал упадет ниже порогового значения.
Полевой транзистор действует аналогично триодной лампе, что делает компрессоры на полевых транзисторах чем-то похожими на компрессоры с переменной мю/лампой в том, как они обеспечивают компрессию. Конечно, есть много различий в характере и скорости (схема снижения усиления на полевых транзисторах реагирует намного быстрее, чем лампа). В то время как лампы имеют довольно нелинейную кривую компрессии, полевые транзисторы действуют очень линейно при правильной настройке.
Компрессоры FET, безусловно, окрашивают звук из-за присущих им характеристик искажения. Они ценятся за агрессивный звук и являются популярным выбором для ударных, гитар, вокала и других источников, которым нужно немного остроты, чтобы выделиться в миксе.
Характеристики компрессоров FET
В этом разделе мы рассмотрим несколько типичных характеристик компрессоров FET:
- Очень быстрое время атаки и восстановления
- Нелинейное сжатие, добавляющее характер за счет гармонического искажения
- Дополнительное насыщение за счет включения трансформаторов
- Требуются входные сигналы низкого уровня
- Требуется большее усиление на выходе, что часто повышает уровень шума
Перед тем, как перейти к примерам компрессоров FET, я хотел бы показать вам мое видео о семи различных типах схем компрессоров. Вы можете проверить это ниже:
Примеры компрессоров FET
Прежде чем мы закончим, всегда полезно рассмотреть несколько примеров. Давайте рассмотрим 4 различных компрессора FET, чтобы укрепить наше понимание этого типа сжатия.
В этом разделе мы обсудим:
- Компрессор FET серии 500: BAE 500C (ссылка для проверки цены в Sweetwater)
- 19-дюймовая стойка, компрессор FET: Universal Audio 1176LN (ссылка для проверки цены на фото/видео B&H)
- Педаль эффектов компрессора FET: Origin Effects Cali76 Compact Deluxe (ссылка для проверки цены на Amazon)
- Плагин компрессора FET : Arturia Comp FET-76 (ссылка, чтобы узнать цену в бутике плагинов)
Другие известные компрессоры FET включают:
- Германиевый компрессор Chandler Limited
- Дакинг FET III
BAE 500C
BAE 500C (ссылка, чтобы узнать цену в Sweetwater) представляет собой одноканальный компрессор FET серии 500, вдохновленный многими превосходными компрессорами FET 1960-х и 1970-х годов.
BAE 500CЭто хорошо организованное сжатие на полевых транзисторах довольно просто. Он оснащен схемой снижения усиления на полевых транзисторах с 3 операционными усилителями типа 2520 и выходом с трансформаторной связью. Пробежимся по элементам управления.
Во-первых, у нас есть бесступенчатая регулировка входного и выходного усиления, а также непрерывные переменные параметры времени атаки и восстановления. Соотношение 500C может быть установлено на 2:1, 4:1, 8:1, 12:1, 20:1 и уважаемый «Режим всех кнопок» (ABI), который предлагает новый звук (соотношение заканчивается где-то между 12:1 и 20:1).
В дополнение к этим элементам управления имеется также переключаемый фильтр верхних частот для сигнала боковой цепи с крутизной спада 6 дБ/октава при 125 Гц. В качестве альтернативы устройство можно полностью обойти или отключить только схему снижения усиления (что позволит сохранить функциональность регуляторов усиления входа/выхода).
BAE входит в список 11 лучших аудиобрендов My New Microphone для модулей/оборудования серии 500.
Для получения дополнительной информации о модулях серии 500 ознакомьтесь с моей статьей Что такое аудиооборудование серии 500 и стоит ли оно того?
Universal Audio 1176LN
Universal Audio 1176LN (ссылка для проверки цены на B&H Photo/Video) — это воссоздание, возможно, самого легендарного компрессионного транзистора всех времен: Universal Audio 1176 Limiter Amplifier.
Universal Audio 1176LNЭтот устанавливаемый в стойку компрессор на полевых транзисторах оснащен схемой снижения усиления на полевых транзисторах со сверхмалым временем атаки (от 20 мкс до 800 мкс) и выходным усилителем линейного уровня класса А.
Время срабатывания регулируется в диапазоне от 50 мс до 1,1 с. Порог компрессора зависит от программы.
Что касается соотношения, то его можно установить на 4:1, 8:1, 12:1 или 20:1 с помощью кнопок на передней панели. В качестве альтернативы, все четыре кнопки на передней панели могут быть задействованы для экстремального ограничения, когда искажения увеличиваются, а в ответ на переходные процессы вводятся плавный наклон и время задержки.
Уменьшение усиления или уровень выходного сигнала можно контролировать с помощью измерителя громкости, и устройство обеспечивает усиление до 50 дБ.
Universal Audio упоминается в следующих статьях My New Microphone:
• 11 лучших брендов аудиокомпрессоров в мире
• 11 лучших брендов аудиоинтерфейсов в мире
• 13 лучших брендов микрофонных предусилителей в мире
• 11 лучших аудио плагинов (VST/AU/AAX) брендов в мире
Origin Effects Cali76
Origin Effects Cali76 Compact Deluxe (ссылка для проверки цены на Amazon) — еще один компрессор, основанный на легендарном Universal Audio 1176. Он выполнен в форме стомпбокса.
Origin Effects Cali76Эта педаль компрессора студийного класса на полевых транзисторах разработана с использованием сильноточных малошумящих дискретных схем класса А.
Панель управления компрессором имеет 6 ручек и предлагает массу возможностей. Элементы управления:
- Сухой: регулирует количество прямого сигнала на выходе и, следовательно, количество параллельного сжатия.
- Out: регулирует количество дополнительного усиления, применяемого к сигналу после сжатия.
- In: регулирует усиление входного предусилителя и, следовательно, уровень сигнала, посылаемого в компрессор.
- Коэффициент: регулирует коэффициент сжатия.
- Атака: регулирует атаку компрессора (время, необходимое компрессору для срабатывания после преодоления порогового значения).
- Выпуск: регулирует срабатывание компрессора (время, необходимое компрессору для отключения, когда входной сигнал снова падает ниже порогового значения).
Педаль также оснащена классической 3-цветной драгоценной лампой в качестве индикатора уменьшения усиления.
Arturia Comp FET-76
Arturia Comp FET-76 (ссылка для проверки цены в бутике плагинов) — это еще один компрессор FET, основанный на легендарном 1176 (я упоминал, насколько важным был оригинал?). Этот плагин компрессора предлагает тот же звук и функциональность, что и оригинальный 1176, только в цифровом формате плагина.
Arturia Comp FET-67В дополнение к элементам управления входом, выходом, атакой, релизом, соотношением и измерителем, о которых мы говорили выше, Arturia Comp FET-76 предлагает специальный контроль микширования и расширенный контроль боковой цепи для «модернизации» функциональность плагина.
Расширенное управление боковой цепью может быть настроено на действие внутреннего (входной сигнал) или внешнего сигнала боковой цепи. Схема обнаружения может быть настроена на считывание информации обратного, стереоканала или среднего/бокового канала. Усовершенствованная функция временной деформации предлагает контроль вперед.
Этот мощный плагин также имеет секцию эквалайзера боковой цепи с фильтром нижних частот, фильтром высоких частот и фильтром колокола/пика переменной частоты с регулятором усиления/среза усиления.
Максимальная степень применяемого сжатия может быть установлена с помощью параметра диапазона сжатия.
Arturia упоминается в следующих статьях My New Microphone:
• 11 лучших брендов MIDI-контроллеров в мире
• 11 лучших брендов синтезаторов в мире
• 11 лучших брендов аудиоплагинов (VST/AU/AAX) В мире
• Топ-11 лучших производителей плагинов для виртуальных/программных инструментов
Arturia Comp FET-76 включен в рейтинг 11 лучших плагинов эмуляции FET-компрессора для вашей DAW журнала My New Microphone.
Какие существуют типы аудиокомпрессоров? Термин «тип» может иметь несколько значений, поэтому давайте рассмотрим несколько различных «типов компрессоров».
С точки зрения топологии контура компрессоры обычно относятся к одному из следующих типов:
- Компрессор Vari-Mu (трубка)
- Компрессор FET
- Оптический компрессор
- Компрессор VCA
- Компрессор с диодным мостом
- Компрессор с широтно-импульсной модуляцией
- Цифровой компрессор
- Плагин компрессора
С точки зрения того, как компрессор будет работать при сжатии аудиосигнала (и типичных задач, которые он будет решать), можно выделить следующие типы сжатия:
- Многополосное сжатие
- Сжатие пикового измерения
- RMS-измерение сжатия
- Сжатие обратной связи
- Упреждающее сжатие
- Сжатие вверх
- Ограничение сжатия
- Параллельное сжатие
- Сжатие шины
Следует ли использовать компрессию для каждой дорожки? Как правило, сжатие следует использовать с намерением и, следовательно, использовать его на каждой дорожке только в том случае, если она требуется для каждой дорожки. Чаще всего в миксе будут определенные треки, которые звучат прекрасно (и даже лучше) без сжатия динамического диапазона.
Еще раз, типичные преимущества использования сжатия на дорожке включают (но не ограничиваются) следующее:
- Поддержание более постоянного уровня по всему звуковому сигналу/дорожке
- Предотвращение перегрузки/отсечки
- Элементы боковой цепи вместе
- Повышение сустейна
- Усиление переходных процессов
- Добавление «движения» к сигналу
- Добавление глубины миксу
- Раскрытие тонкой информации в звуковом сигнале
- Деэссинг
- «Склеивание» смеси (делая ее более связной)
Определение наилучшего компрессора для ваших аудио потребностей требует времени, знаний и усилий.