Podręcznik

Rezystancja wyjściowa wtórnika źródłowego jest, niestety, na ogół gorsza (czyli większa) od wtórnika emiterowego pracującego w podobnych warunkach.

Na początek „zajrzyjmy” do tranzystora i spróbujmy określić rezystancję, jaką reprezentuje on od strony swojego źródła. W tym celu dokonajmy niewielkiej zmiany ΔI_S prądu źródła, zmierzmy odpowiadającą jej zmianę napięcia na źródle ΔU_WY, a następnie skorzystajmy z prawa Ohma[1].

Możemy więc zapisać, że rezystancja wyjściowa „gołego” tranzystora to:

$r_{wyT}=\frac{ΔU_{WY}}{ΔI_S }$

Ale, jako że do tranzystora unipolarnego nie wpływa praktycznie żaden prąd bramki, I_S = I_D.

Czyli

:$r_{wyT}=\frac{ΔU_{WY}}{ΔI_D }=\frac{1}{ΔI_D)⁄ΔU_{WY }}=\frac{1}{g_m }$

gdzie g_m jest transkonduktancją tranzystora polowego w jego punkcie pracy. Korzystając z zależności przytoczonych we wstępnej części tego rozdziału nietrudno obliczyć, że:

$g_m=2⋅β⋅(U_{GS}-U_T)$        w przypadku tranzystora J-FET oraz

$g_m=β⋅(U_{GS}-U_T)$    w przypadku tranzystora MOS

A więc, co jest bardzo ważne w przypadku wtórników źródłowych opartych na tranzystorach J-FET, przy prądzie I_DSS rezystancja wyjściowa osiąga wartość:

$r_{wy(min)}=\frac{U_T}{2⋅I_{DSS} }$

W przypadku tranzystora złączowego tę rezystancję oznaczono jako minimalną (r_WY(min)), bo ze względu na możliwość wejścia złącza P-N utworzonego przez elektrody G i S w stan przewodzenia, napięcie U_GS = 0 V nie powinno być przekraczane.

Jak widać z powyższych rozważań, rezystancja wyjściowa tranzystora polowego maleje wraz ze wzrostem napięcia na bramce, a więc, co oczywiste, też ze wzrostem prądu drenu. W przypadku użycia tranzystora unipolarnego jako wtórnika źródłowego oznacza to, że korzystne jest zwiększenie prądu jego spoczynkowego do wartości jak największej. W przypadku użycia tranzystora J-FET jest to praktycznie wartość I_DSS.

Tranzystor unipolarny a bipolarny.
Dla porównania tranzystora unipolarnego i bipolarnego, obu zastosowanych jako wtórnik napięciowy, obliczmy typowe rezystancje „gołego tranzystora” przy takim samym prądzie źródła/emitera.

Załóżmy najpierw, że ten prąd I_DSS posiadanego tranzystora unipolarnego wynosi 10 mA, a jego napięcie progowe to 3 V (są to wartości dość typowe).

Ponieważ prąd I_DSS jest dla tego typu tranzystora optymalny, obliczmy jego rezystancję wyjściową przy prądzie I_DSS:

$r_{wy(JFET)}=\frac{U_T}{2⋅I_{DSS}}=\frac{3V}{2⋅10mA}≈150Ω$

W przypadku tranzystora bipolarnego też załóżmy sytuację najbardziej optymistyczną, czyli przypadek, gdy rezystancja wewnętrzna źródła sygnału R_G = 0 (rys. 5).  

Wtedy:

$r_{wy(BJT)}=r_{eb"}=\frac{Φ_T}{I_C} =\frac{25mV}{10mA}=2,5Ω$

Różnica jest, jak widać, ogromna!

Co więcej: prąd kolektora tranzystora BJT możemy jeszcze zwiększyć, a prądu drenu użytego w przykładzie złączowego tranzystora unipolarnego nie.

Oczywiście przy obliczaniu rezystancji wyjściowej całego wtórnika formalnie należałoby uwzględnić równolegle dołączoną rezystancję R_S (albo R_E), ale na ogół nie ma ona bardzo dużego znaczenia.