Меню

Резистор изменяющий сопротивление от напряжения

Резисторы, ток и напряжение

В этой статье мы рассмотрим резистор и его взаимодействие с напряжением и током, проходящим через него. Вы узнаете, как рассчитать резистор с помощью специальных формул. В статье также показано, как специальные резисторы могут быть использованы в качестве датчика света и температуры.

Представление об электричестве

Новичок должен быть в состоянии представить себе электрический ток. Даже если вы поняли, что электричество состоит из электронов, движущихся по проводнику, это все еще очень трудно четко представить себе. Вот почему я предлагаю эту простую аналогию с водной системой, которую любой желающий может легко представить себе и понять, не вникая в законы.

Аналогия с гидравликой

Обратите внимание, как электрический ток похож на поток воды из полного резервуара (высокого напряжения) в пустой(низкое напряжение). В этой простой аналогии воды с электрическим током, клапан аналогичен токоограничительному резистору.
Из этой аналогии можно вывести некоторые правила, которые вы должны запомнить навсегда:
— Сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает
— Для того чтобы протекал ток, на концах проводника должны быть разные потенциалы.
— Количество воды в двух сосудах можно сравнить с зарядом батареи. Когда уровень воды в разных сосудах станет одинаковым, она перестанет течь, и при разряде аккумулятора, разницы между электродами не будет и ток перестанет течь.
— Электрический ток будет увеличиваться при уменьшении сопротивления, как и скорость потока воды будет увеличиваться с уменьшением сопротивления клапана.

Я мог бы написать гораздо больше умозаключений на основе этой простой аналогии, но они описаны в законе Ома ниже.

Резистор

Аналогия с гидравликой

Резисторы могут быть использованы для контроля и ограничения тока, следовательно, основным параметром резистора является его сопротивление, которое измеряется в Омах. Не следует забывать о мощности резистора, которая измеряется в ваттах (Вт), и показывает, какое количество энергии резистор может рассеять без перегрева и выгорания. Важно также отметить, что резисторы используются не только для ограничения тока, они также могут быть использованы в качестве делителя напряжения для получения низкого напряжения из большего. Некоторые датчики основаны на том, что сопротивление варьируется в зависимости от освещённости, температуры или механического воздействия, об этом подробно написано в конце статьи.

Закон Ома

Аналогия с гидравликой

Понятно, что эти 3 формулы выведены из основной формулы закона Ома, но их надо выучить для понимания более сложных формул и схем. Вы должны быть в состоянии понять и представить себе смысл любой из этих формул. Например, во второй формуле показано, что увеличение напряжения без изменения сопротивления приведет к росту тока. Тем не менее, увеличение тока не увеличит напряжение (хотя это математически верно), потому что напряжение — это разность потенциалов, которая будет создавать электрический ток, а не наоборот (см. аналогию с 2 емкостями для воды). Формула 3 может использоваться для вычисления сопротивления токоограничивающего резистора при известном напряжении и токе. Это лишь примеры, показывающие важность этого правила. Вы сами узнаете, как использовать их после прочтения статьи.

Последовательное и параллельное соединение резисторов

Понимание последствий параллельного или последовательного подключения резисторов очень важно и поможет вам понять и упростить схемы с помощью этих простых формул для последовательного и параллельного сопротивления:

Параллельное соединение

В этом примере схемы, R1 и R2 соединены параллельно, и могут быть заменены одним резистором R3 в соответствии с формулой:

В случае с 2-мя параллельно соединёнными резисторами, формулу можно записать так:

Кроме того, что эту формулу можно использовать для упрощения схем, она может быть использована для создания номиналов резисторов, которых у вас нет.
Отметим также, что значение R3 будет всегда меньше, чем у 2 других эквивалентных резисторов, так как добавление параллельных резисторов обеспечивает дополнительные пути
электрическому току, снижая общее сопротивление цепи.

Последовательное соединение

Последовательно соединённые резисторы могут быть заменены одним резистором, значение которого будет равно сумме этих двух, в связи с тем, что это соединение обеспечивает дополнительное сопротивление тока. Таким образом, эквивалентное сопротивление R3 очень просто вычисляется: R3=R1+R2

В интернете есть удобные он-лайн калькуляторы для расчета последовательного и параллельного соединения резисторов.

Токоограничивающий резистор

Цепь с лампой

Самая основная роль токоограничивающих резисторов — это контроль тока, который будет протекать через устройство или проводник. Для понимания их работы, давайте сначала разберём простую схему, где лампа непосредственно подключена к 9В батареи. Лампа, как и любое другое устройство, которое потребляет электроэнергию для выполнения определенной задачи (например, светоизлучение) имеет внутреннее сопротивление, которое определяет его текущее потребление. Таким образом, отныне, любое устройство может быть заменено на эквивалентное сопротивление.

Эквивалентная схема

Теперь, когда лампа будет рассматриваться как резистор, мы можем использовать закон Ома для расчета тока, проходящего через него. Закон Ома гласит, что ток, проходящий через резистор равен разности напряжений на нем, поделенное на сопротивление резистора: I=V/R или точнее так:
I=(V1-V2)/R
где (V1-V2) является разностью напряжений до и после резистора.

Добавляем токоограничивающий резистор

Теперь обратите внимание на рисунок выше, где добавлен токоограничительный резистор. Он будет ограничивать ток идущий к лампе, как это следует из названия. Вы можете контролировать, количество тока протекающего через лампу, просто выбрав правильное значение R1. Большой резистор будет сильно снижать ток, а небольшой резистор менее сильно (так же, как в нашей аналогии с водой).

Математически это запишется так:

Из формулы следует, что ток уменьшится, если значение R1 увеличится. Таким образом, дополнительное сопротивление может быть использовано для ограничения тока. Однако важно отметить, что это приводит к нагреву резистора, и вы должны правильно рассчитать его мощность, о чем будет написано дальше.

Вы можете воспользоваться он-лайн калькулятором для расчета токоограничительного резистора светодиода.

Резисторы как делитель напряжения

Делитель напряжения

Как следует из названия, резисторы могут быть использованы в качестве делителя напряжения, другими словами, они могут быть использованы для уменьшения напряжения путем деления его. Формула:

Если оба резистора имеют одинаковое значение (R1=R2=R), то формулу можно записать так:

Делитель напряжения

Другой распространенный тип делителя, когда один резистор подключен к земле (0В), как показано на рисунке 6B.
Заменив Vb на 0 в формуле 6А, получаем:

Узловой анализ

Теперь, когда вы начинаете работать с электронными схемами, важно уметь их анализировать и рассчитывать все необходимые напряжения, токи и сопротивления. Есть много способов для изучения электронных схем, и одним из наиболее распространенных методов является узловой, где вы просто применяете набор правил, и рассчитываете шаг за шагом все необходимые переменные.

Читайте также:  Предварительное напряжение арматуры ригель

Упрощенные правила узлового анализа

Определение узла

Узел

Узел – это любая точка соединения в цепи. Точки, которые связаны друг с другом, без других компонентов между ними рассматриваются как единый узел. Таким образом, бесконечное число проводников в одну точку считаются одним узлом. Все точки, которые сгруппированы в один узел, имеют одинаковые напряжения.

Определение ветви

Ветвь

Ветвь представляет собой набор из 1 и более компонентов, соединенных последовательно, и все компоненты, которые подсоединены последовательно к этой цепи, рассматриваются как одна ветвь.

Ветви

Все напряжения обычно измеряются относительно земли напряжение на которой всегда равно 0 вольт.

Ток всегда течет от узла с более высоким напряжением на узел с более низким.

Напряжение на узле может быть высчитано из напряжения около узла, с помощью формулы:
V1-V2=I1*(R1)
Перенесем:
V2=V1-(I1*R1)
Где V2 является искомым напряжением, V1 является опорным напряжением, которое известно, I1 ток, протекающий от узла 1 к узлу 2 и R1 представляет собой сопротивление между 2 узлами.

Точно так же, как и в законе Ома, ток ответвления можно определить, если напряжение 2х соседних узлах и сопротивление известно:
I 1=(V1-V2)/R1

Текущий входящий ток узла равен текущему выходящему току, таким образом, это можно записать так: I 1+ I3=I2

Важно, чтобы вы были в состоянии понимать смысл этих простых формул. Например, на рисунке выше, ток протекает от V1 до V2, и, следовательно, напряжение V2 должно быть меньше, чем V1.
Используя соответствующие правила в нужный момент, вы сможете быстро и легко проанализировать схему и понять её. Это умение достигается практикой и опытом.

Расчет необходимой мощности резистора

При покупке резистора вам могут задать вопрос: «Резисторы какой мощности вы хотите?» или могут просто дать 0.25Вт резисторы, поскольку они являются наиболее популярными.
Пока вы работаете с сопротивлением больше 220 Ом, и ваш блок питания обеспечивает 9В или меньше, можно работать с 0.125Вт или 0.25Вт резисторами. Но если напряжение более 10В или значение сопротивления менее 220 Ом, вы должны рассчитать мощность резистора, или он может сгореть и испортить прибор. Чтобы вычислить необходимую мощность резистора, вы должны знать напряжение через резистор (V) и ток, протекающий через него (I):
P=I*V
где ток измеряется в амперах (А), напряжение в вольтах (В) и Р — рассеиваемая мощность в ваттах (Вт)

На фото предоставлены резисторы различной мощности, в основном они отличаются размером.

Резисторы

Разновидности резисторов

Резисторы могут быть разными, начиная от простых переменных резисторов (потенциометров) до реагирующих на температуру, свет и давление. Некоторые из них будут обсуждаться в этом разделе.

Переменный резистор (потенциометр)

ПотенциометрПотенциометр

На рисунке выше показано схематическое изображение переменного резистора. Он часто упоминается как потенциометр, потому что он может быть использован в качестве делителя напряжения.

Потенциометры

Они различаются по размеру и форме, но все работают одинаково. Выводы справа и слева эквивалентны фиксированной точке (например, Va и Vb на рисунке выше слева), а средний вывод является подвижной частью потенциометра, а также используется для изменения соотношения сопротивления на левом и правом выводах. Следовательно, потенциометр относится к делителям напряжения, которым можно выставить любое напряжение от Va к Vb.
Кроме того, переменный резистор может быть использован как тока ограничивающий путем соединения выводов Vout и Vb, как на рисунке выше (справа). Представьте себе, как ток будет течь через сопротивление от левого вывода к правому, пока не достигнет подвижной части, и пойдет по ней, при этом, на вторую часть пойдет очень мало тока. Таким образом, вы можете использовать потенциометр для регулировки тока любых электронных компонентов, например лампы.

LDR (светочувствительные резисторы) и термисторы

Есть много датчиков основанных на резисторах, которые реагируют на свет, температуру или давление. Большинство из них включаются как часть делителя напряжения, которое изменяется в зависимости от сопротивления резисторов, изменяющегося под воздействием внешних факторов.

Терморезисторы
Терморезисторы

Фоторезистор
Фоторезистор (LDR)

Как вы можете видеть на рисунке 11A, фоторезисторы различаются по размеру, но все они являются резисторами, сопротивление которых уменьшается под воздействием света и увеличивается в темноте. К сожалению, фоторезисторы достаточно медленно реагируют на изменение уровня освещённости, имеют достаточно низкую точность, но очень просты в использовании и популярны. Как правило, сопротивление фоторезисторов может варьироваться от 50 Ом при солнце, до более чем 10МОм в абсолютной темноте.

Делитель напряжения

Как мы уже говорили, изменение сопротивления изменяет напряжение с делителя. Выходное напряжение можно рассчитать по формуле:

Если предположить, что сопротивление LDR изменяется от 10 МОм до 50 Ом, то Vout будет соответственно от 0.005В до 4.975В.

Термистор похож на фоторезистор, тем не менее, термисторы имею гораздо больше типов, чем фоторезисторы, например, термистор может быть либо с отрицательным температурным коэффициентом (NTC), сопротивление которого уменьшается с повышением температуры, или положительным температурным коэффициентом (PTC), сопротивление которого будет увеличиваться с повышением температуры. Сейчас термисторы реагируют на изменение параметров среды очень быстро и точно.

Схемотехническое обозначение резисторов

Схемотехническое обозначение резисторов

Про определение номинала резистора используя цветовую маркировку можно почитать здесь.

Шпакунов А. Опубликована: 2012 г. 0 2

Источник



Резистор управляемый напряжением — Voltage-controlled resistor

Управляемый напряжением резистор (ВКМ) представляет собой трехтерминальный активное устройство с одним входным портом и двумя выходными портами. Напряжение входного порта управляет значением резистора между выходными портами. Видеомагнитофоны чаще всего строятся на полевых транзисторах (FET). Часто используется два типа полевых транзисторов: с JFET и МОП — транзистор . Существуют как плавающие резисторы, управляемые напряжением, так и заземленные резисторы, управляемые напряжением. Плавающие видеомагнитофоны можно разместить между двумя пассивными или активными компонентами. Заземленные видеомагнитофоны, более распространенная и менее сложная конструкция, требуют заземления одного порта резистора, управляемого напряжением.

Содержание

  • 1 Использование
  • 2 Конструкция резистора, управляемого напряжением
  • 3 Нелинейный дизайн видеомагнитофона
  • 4 Линеаризованный дизайн видеомагнитофона
  • 5 Выбор диапазона сопротивления
  • 6 Рекомендации по искажению
  • 7 Другие топологии и конструкции видеомагнитофонов
  • 8 Теория дизайна — анализ IV
  • 9 Математика линеаризации
  • 10 Будущее резисторов с регулируемым напряжением
  • 11 ссылки

Использование

Резисторы, управляемые напряжением, являются одними из наиболее часто используемых блоков аналоговой конструкции: адаптивные аналоговые фильтры, схемы автоматической регулировки усиления, тактовые генераторы , компрессоры, электрометры , сборщики энергии, расширители, слуховые аппараты , диммеры , модуляторы (микшеры), искусственные нейроны. сетей , с программируемыми коэффициентами усиления усилителей , фазированных антенных решеток , петли фазовой автоподстройки , схемы фазы контролируемой затемнением, фазовой задержки и -advance схемы, перестраиваемые фильтры, переменные аттенюаторы, генераторы управляемые напряжением , управляемые напряжением мультивибраторов, а также генераторы сигналов , все включают резисторы с регулируемым напряжением.

Читайте также:  Импульсный преобразователь постоянного напряжения понижающего типа

JFET является одним из наиболее распространенных активных устройств , используемых для проектирования резисторов управляемого напряжения. Настолько, что устройства JFET упаковываются и продаются как резисторы с регулируемым напряжением. Обычно полевые транзисторы JFET, упакованные как видеомагнитофоны, часто имеют высокое напряжение отсечки, что приводит к большему диапазону динамического сопротивления. JFET для видеомагнитофонов часто упаковываются попарно, что позволяет создавать видеомагнитофоны, требующие согласованных параметров транзисторов.

Для приложений видеомагнитофона, которые включают усиление сигнала датчика или аудио, часто используются дискретные полевые транзисторы. Одна из причин заключается в том, что полевые транзисторы и топологии схем, построенные с использованием полевых транзисторов, обладают низким уровнем шума (в частности, низкий уровень фликкер-шума 1 / f и низкий импульсный шум). В этих приложениях малошумящие полевые транзисторы обеспечивают более надежные и точные измерения и повышают уровень чистоты звука.

Другая причина использования дискретных полевых транзисторов JFET заключается в том, что они лучше подходят для работы в суровых условиях. JFET-транзисторы могут противостоять электрическим, электромагнитным помехам (EMI) и другим ударам с высоким уровнем излучения лучше, чем схемы MOSFET. JFET может даже служить устройством защиты от перенапряжения на входе. JFET также менее восприимчивы к электростатическому разряду, чем MOSFET.

Конструкция резистора, управляемого напряжением

Двумя наиболее распространенными и наиболее рентабельными конструкциями видеомагнитофонов с JFET являются нелинейные и линеаризованные видеомагнитофоны. Нелинейная конструкция требует только одного JFET. В линеаризованной конструкции также используется один JFET, но есть два резистора линеаризации. Линеаризованные конструкции используются для видеомагнитофонов, требующих высоких уровней напряжения входного сигнала. Нелинейные конструкции используются в приложениях с низким уровнем входного сигнала и дорогостоящем постоянном токе.

Нелинейный дизайн видеомагнитофона

В схеме на рисунке, нелинейной конструкции видеомагнитофона, управляемый напряжением резистор LSK489C JFET используется в качестве программируемого делителя напряжения. Источник VGS устанавливает уровень выходного сопротивления полевого транзистора. Сопротивление сток-исток полевого транзистора ( R DS ) и резистор стока ( R 1 ) образуют сеть делителя напряжения. Выходное напряжение можно определить из уравнения

Моделирование LTSpice нелинейного видеомагнитофона подтверждает, что сопротивление JFET изменяется с изменением напряжения затвор-исток ( V GS ). В моделировании (ниже) применяется постоянное входное напряжение (источник постоянного тока установлен на 4 В), а напряжение затвор-исток уменьшается ступенчато, что увеличивает сопротивление сток-исток полевого транзистора. Сопротивление между стоком и истоком полевого транзистора увеличивается, когда напряжение затвор-исток становится более отрицательным, и уменьшается, когда напряжение затвор-исток приближается к 0 вольт. Моделирование ниже подтверждает это. Выходное напряжение составляет около 2,5 вольт при напряжении затвор-исток -1 вольт. И наоборот, выходное напряжение падает примерно до 1,6 вольт, когда напряжение затвор-исток составляет 0 вольт.

При входном сигнале 4 В и сопротивлении R 1 300 Ом диапазон сопротивления для видеомагнитофона с полевым транзистором JFET может быть рассчитан по результатам моделирования, поскольку V GS изменяется от -1 до 0 вольт с использованием уравнения

Используя приведенное выше уравнение, при V GS = -1 В сопротивление видеомагнитофона составляет около 500 Ом, а при V GD = 0 В сопротивление видеомагнитофона составляет около 200 Ом.

Подача пилообразного напряжения на вход аналогичной схемы видеомагнитофона (резистор нагрузки был изменен на 3000 Ом) позволяет определить точное значение сопротивления полевого транзистора при изменении входного напряжения.

Моделирование линейного изменения, приведенное ниже, показывает, что сопротивление сток-исток полевого транзистора является довольно постоянным (около 280 Ом) до тех пор, пока входное напряжение развертки V развертки ( сигнал V ) не достигнет примерно 2 В. В этот момент сток Сопротивление истока начинает медленно расти, пока входное напряжение не достигнет 8 В. При примерно 8 В для этого условия смещения ( V GS = 0 В и R = 3 кОм) ток стока полевого транзистора ( I D (J1)) насыщается, и сопротивление перестает быть постоянным и изменяется с увеличением входного напряжения. Моделирование линейного изменения также показывает, что даже ниже 2 В сопротивление видеомагнитофона не полностью зависит от уровня входного напряжения. То есть сопротивление видеомагнитофона не представляет собой идеально линейный резистор.

Поскольку сопротивление не является постоянным выше 2 В, эта нелинейная конструкция видеомагнитофона чаще всего используется, когда сигнал входного напряжения ниже 1 В, например, в приложениях датчиков или в приложениях, где искажения не являются проблемой при более высоких уровнях входного напряжения. Или в других случаях, когда постоянное сопротивление резистора не требуется (например, в приложениях для регулирования яркости светодиодов и схемах музыкальных педальных эффектов).

Линейный дизайн видеомагнитофона

Для увеличения динамического диапазона входного напряжения, поддержания постоянного сопротивления во всем диапазоне входного сигнала, а также для улучшения отношения сигнал / шум и характеристик общего гармонического искажения используются резисторы линеаризации.

Основным ограничением резисторов, управляемых напряжением, является то, что входной сигнал должен поддерживаться ниже напряжения линеаризации (примерно до точки, когда JFET входит в насыщение). Если напряжение линеаризации превышено, значение резистора управления напряжением будет изменяться как в зависимости от уровня входного сигнала напряжения, так и напряжения затвор-исток.

Конструкция линеаризованного видеомагнитофона показана на рисунке ниже.

Держатель шины circuit.svg

Для оценки способности этой конструкции обрабатывать большие входные сигналы, на входе видеомагнитофона применяется наклон. По результатам моделирования линейного изменения определяется, насколько точно видеомагнитофон имитирует реальный резистор и в каком диапазоне входных напряжений видеомагнитофон ведет себя как резистор.

Линеаризованное моделирование линейного изменения видеомагнитофона, приведенное ниже, показывает, что сопротивление видеомагнитофона является постоянным и составляет приблизительно 260 Ом для диапазона входного сигнала от примерно -6 В до 6 В ( кривая V ( V out ) / I ( R 1 )). Развертка также показывает, что сопротивление видеомагнитофона начинает резко возрастать, как это происходит в нелинейной конструкции, как только JFET входит в область насыщения.

Из-за более широкой области постоянного сопротивления линеаризованного видеомагнитофона, входные сигналы намного большего размера, чем нелинейные конструкции, могут подаваться на видеомагнитофон без искажений. Однако также важно учитывать, что величина резистора стока немного влияет на диапазон напряжений сток-исток, при котором сопротивление видеомагнитофона является постоянным.

Из-за увеличенного диапазона линеаризации линеаризованная схема способна обрабатывать сигналы переменного тока с размахом порядка 8 В до появления визуальных уровней искажений. В приведенном ниже моделировании используется резистор стока на 3000 Ом, показывает, что видеомагнитофон может успешно использоваться при достаточно высоких входных сигналах входного напряжения. Для этой конструкции размах входного напряжения 8 В может быть ослаблен с пикового значения 2,2 В до пика 0,5 В, когда управляющее напряжение изменяется от -2,5 В до 0,5 В.

Что важно отметить в конструкции линеаризованного видеомагнитофона, в отличие от нелинейной конструкции, так это то, что выходной сигнал не имеет значительного смещения. Он остается в центре на 0 В при изменении управляющего напряжения. Моделирование нелинейной конструкции указывает на значительное напряжение смещения на выходе. Другой важной характеристикой линеаризованной конструкции видеомагнитофона является то, что она имеет более высокий выходной ток, чем нелинейная конструкция. Резисторы линеаризации способствуют эффективному увеличению крутизны видеомагнитофона.

Читайте также:  План реабилитации при стенокардии напряжения

Выбор диапазона сопротивления

Для получения различных диапазонов сопротивления видеомагнитофона можно использовать разные полевые транзисторы JFET. Как правило, чем выше значение IDSS для JFET, тем ниже полученное значение сопротивления. Точно так же полевые транзисторы JFET с более низкими значениями IDSS имеют более высокие значения сопротивления. С помощью банка JFET с различными значениями IDSS (и, следовательно, значениями R DS ) могут быть созданы группы программируемых схем автоматической регулировки усиления, которые предлагают широкий диапазон диапазонов сопротивления. Например, LSK489A и LSK489C, градуированные IDSS JFETS, показывают изменение сопротивления 3: 1.

Соображения по искажению

Искажения — это основная проблема резисторов с регулируемым напряжением. Когда применяется входной сигнал переменного или отличного от постоянного тока, что приводит к тому, что резистор видеомагнитофона выходит из области линейного триода (или работает в области менее идеально линейного триода), возникает неравномерное усиление входного сигнала (как прямой результат нелинейное увеличение сопротивления). Это приводит к искажению выходного сигнала.

Чтобы решить эту проблему, нелинейные видеомагнитофоны просто работают при довольно низких уровнях сигнала. С другой стороны, конструкции линеаризованных видеомагнитофонов будут иметь значительно меньшие искажения при гораздо более высоких уровнях входного сигнала напряжения и позволят улучшить технические характеристики общих гармонических искажений.

Например, приведенное ниже моделирование показывает значительное количество визуальных искажений, когда входной сигнал с размахом 5 В применяется к нелинейной конструкции видеомагнитофона.

С другой стороны, моделирование конструкции линеаризованного видеомагнитофона показывает очень небольшие искажения при подаче размаха входного сигнала 8 В (рисунок 7).

Другие топологии и конструкции видеомагнитофонов

Помимо этих более простых конструкций видеомагнитофонов, существует множество более сложных конструкций. Эти конструкции часто включают схему дифференциального разностного конвейерного тока (DDCC), дифференциальный усилитель, два или более согласованных транзистора JFET или один или два операционных усилителя . Эти конструкции предлагают улучшения в динамическом диапазоне, искажениях, соотношении сигнал / шум и чувствительности к колебаниям температуры.

Теория дизайна — анализ IV

Вольт-амперные характеристики (IV) определяют, как будет работать видеомагнитофон с полевым транзистором. В частности, линейные участки ВАХ определяют диапазон входного сигнала, в котором видеомагнитофон будет вести себя как резистор. Кривые конкретного полевого транзистора JFET также определяют диапазон значений резисторов, на которые можно запрограммировать видеомагнитофон.

Математическая функция, определяющая IV-кривую JFET, не является линейной. Однако есть участки этих кривых, которые очень линейны. К ним относятся триодная область (также известная как омическая или линейная область) и область насыщения (также известная как активная область или область источника постоянного тока). В области триода JFET действует как резистор, однако в области насыщения он ведет себя как источник постоянного тока. Точка, разделяющая область триода и область насыщения, примерно равна точке, где V DS равно V GS на каждой из ВАХ .

В области триода изменения напряжения сток-исток не изменят (или изменят очень мало) сопротивление между выводами стока и истока полевого транзистора. В области насыщения или, точнее, в области постоянного тока, изменения напряжения сток-исток потребуют изменения сопротивления сток-исток таким образом, чтобы ток оставался на постоянном значении для разных стоков. уровни напряжения.

Для значений V GS, близких к нулю, напряжение линеаризации напряжения сток-исток или точка излома триода намного выше, чем когда уровни V GS близки к напряжению отсечки. Это означает, что для поддержания постоянного поведения резистора для различных значений V GS максимальное значение линеаризации должно быть установлено в соответствии с самым высоким значением используемого V GS .

Область линейного триода фактически включает отрицательные значения V GS . На рисунке ниже показано LTSPICE (LTSPICE) моделирование ВАХ в триодной области. Как можно видеть, нелинейный LSK489 является приблизительно линейным примерно от -0,1 В до 0,1 В. Для уровней V GS около 0 В линейный диапазон триода простирается примерно от -0,2 В до 0,2 В. Поскольку значение V GS увеличивается, область линейного триода значительно уменьшается.

И наоборот, когда используются резисторы для линеаризации, аналогичное моделирование с разверткой ВАХ показывает, что область линейного триода значительно расширена. Из кривых ВАХ видно, что область линеаризации для линеаризованной конструкции легко расширяется от -6 В до 6 В ( I DS по сравнению с V DS по сравнению с V на кривых). Значительно выше диапазона примерно 200 мВ, создаваемого нелинейной конструкцией.

Еще интереснее то, что линеаризация приводит к линеаризации напряжения затвор-исток, даже если входное напряжение ( V in ) поддерживается на постоянном уровне во время каждой развертки. Это связано с тем, что при изменении входного напряжения значение напряжения V GS изменяется таким образом, что V GS всегда равно половине V DS . Изменение V GS для изменений V DS таково, что JFET ведет себя как резистор до момента насыщения JFET.

Математика линеаризации

Математика, лежащая в основе резисторов для линеаризации, напрямую связана с отменой члена V DS второй степени в уравнении триода JFET. Это уравнение связывает ток стока с V GS и V DS . Кляйнфельд применяет текущий закон Кирхгофа, чтобы доказать, что нелинейный член V DS сокращается с помощью резисторов линеаризации. Резисторы линеаризации, чтобы исключить второй (квадратичный) член, должны быть одинаковыми. Равнозначные резисторы линеаризации делят напряжение сток-исток на 2, эффективно нейтрализуя нелинейный член V DS в уравнении триода JFET.

Будущее резисторов с регулируемым напряжением

Повседневные и высокопроизводительные видеомагнитофоны необходимы для успешного проектирования многих аналоговых электронных схем и будут оставаться таковыми. Ожидается, что конструкции видеомагнитофонов будут играть центральную роль в развитии сенсорных сетей на основе искусственного интеллекта (нейронных сетей). Видеомагнитофон, в основном сердце синаптических ячеек в нейронной сети , необходим для обеспечения высокоскоростной обработки аналоговых данных и управления информацией, которую в настоящее время делают микроконтроллеры, цифро-аналоговые преобразователи и аналого-цифровые преобразователи.

Малошумящие полевые транзисторы из-за их чувствительности к низкому сигналу, электромагнитной и радиационной стойкости, а также их способности быть настроенными как видеомагнитофон в синаптической ячейке, так и как малошумящий высокопроизводительный предварительный усилитель датчика, предлагают решение для реализации сенсорные узлы на основе искусственного интеллекта. Это естественное продолжение того факта, что малошумящие топологии JFET-транзисторов и малошумящие топологии цепей JFET широко используются при проектировании малошумящих видеомагнитофонов и малошумящих предусилителей в приложениях для измерения датчиков.

Источник