Wspólnie projektujemy: Częstościomierz, część 12

Po zbadaniu poszczególnych elementów mogących mieć zastosowanie w budowie toru przetwarzającego wejściowy sygnał analogowy do postaci cyfrowej, przyszedł czas na integrację części składowych w jedną całość.

Stopień wejściowy

Żaden przyrząd pomiarowy nie powinien zbytnio ingerować w mierzone obwody (ideałem jest brak interakcji przyrządu z mierzonym sygnałem, stan do którego należy dążyć). Ten wymóg sprowadza się do stworzenia odpowiednich obwodów wejściowych, które cechują się wysoką impedancją. Do budowy takich stopni można wykorzystać tranzystory polowe (często określane jako tranzystory unipolarne), które pod względem własności znacząco różnią się od tranzystorów bipolarnych (npn lub pnp). W ofercie powszechnie dostępnych tranzystorów polowych występują tranzystory JFET (skrót od Junction Field-Effect Transistor – tranzystor polowy złączowy) oraz MOSFET (od Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor – tranzystor polowy z izolowaną bramką). Ich działanie (JFET oraz MOSFET) jest podobne, sprowadza się do sterowania przepływem prądu przez kanał (między drenem a źródłem), poprzez pole elektryczne uzyskane w wyniku doprowadzenia napięcia do elektrody, określanej jako bramka (napięcie między bramką a źródłem). Ich wspólną cechą jest brak przepływu prądu przez elektrodę bramki, gdyż rezystancja wejściowa tranzystorów polowych sięga setek GΩ, natomiast różnica między nimi sprowadza się do konstrukcji bramki. W tranzystorach JFET bramka jest odizolowana od kanału za pomocą złącza półprzewodnikowego spolaryzowanego zaporowo. W przypadku MOSFET, zastosowany jest rzeczywisty izolator (przykładowo dwutlenek krzemu).

W stopniu wejściowym zostały zastosowane tranzystory JFET (o symbolu J111). Są to tranzystory JFET z zubożonym kanałem N (tak jak tranzystory bipolarne dzielą się na npn oraz pnp, tranzystory polowe dzielą się na te z kanałem typu N i typu P). Tranzystor z kanałem zubożonym (w przeciwieństwie do tranzystorów z kanałem wzbogaconym) oznacza, że przy braku wysterowania wyprowadzenia bramki, tranzystor przewodzi (między drenem z źródłem płynie prąd). Aby powstrzymać przepływ prądu, należy między bramkę a źródło doprowadzić napięcie ujemne. Dla użytego J111 to napięcie odcięcia bramka – źródło wynosi –3…– 10 V (jak pokazuje rysunek 1).

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w październikowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 10/2025). Pełną wersję czasopisma znajdziesz pod tym linkiem. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 10/2025 znajduje się tutaj.

Andrzej Pawluczuk
apawluczuk@vp.pl

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.