Усилитель напряжения на полевом транзисторе

Усилители на полевых транзисторах (ПТ) обладают большим входным сопротивлением. Обычно такие усилители используются как первые каскады предварительных усилителей, усилителей постоянного тока измерительной и другой радиоэлектронной аппаратуры.

Применение в первых каскадах усилителей с большим входным сопротивлением позволяет согласовывать источники сигнала с большим внутренним сопротивлением с последующими более мощными усилительными каскадами, имеющими небольшое входное сопротивление. Усилительные каскады на полевых транзисторах чаще всего выполняются по схеме с общим истоком.

Так как напряжение смещения между затвором и истоком равно нулю, то режим покоя транзистора VT характеризуется положением точки А на сток-затворной характеристике при UЗИ=0 (рис. 15,б).

В этом случае при поступлении на вход усилителя переменного гармонического (то есть синусоидального) напряжения UЗИ с амплитудой UmЗИ положительный и отрицательный полупериоды этого напряжения будут усиливаться неодинаково: при отрицательном полупериоде входного напряжения UЗИ амплитуда переменной составляющей тока стока I'mc будет больше, чем при положительном полупериоде (I''mc), так как крутизна сток-затворной характеристики на участке АВ больше по сравнению с крутизной на участке АС: Вследствие этого форма переменной составляющей тока стока и создаваемого им переменного напряжения на нагрузке UВЫХ будет отличаться от формы входного напряжения, то есть возникнут искажения усиливаемого сигнала.

Для уменьшения искажений сигнала при его усилении необходимо обеспечить работу полевого транзистора при постоянной крутизне его сток-затворной характеристики, то есть на линейном участке этой характеристики.

Операционные усилители

Операционный усилитель (ОУ, OpAmp) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

В настоящее время ОУ получили широкое применение, как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

Операционный усилитель (ОУ, OpAmp) — усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

В настоящее время ОУ получили широкое применение, как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

Многокаскадные усилители

Разработка многокаскадных усилителей связана с тем, что получить большой (более 100) коэффициент усиления на одном активном элементе практически нельзя. Многокаскадные усилители должны строиться с таким расчетом, чтобы при большом коэффициенте усиления в устройстве не возникали паразитные колебания. Для исключения паразитных возбуждений приходится применять специальные меры. К ним относятся:

разделение общего коэффициента усиления на нечетное число каскадов;

питание каждого каскада от своего источника (или имеется индивидуальная конденсаторная развязка);

максимальное удаление выхода последнего каскада от входа первого каскада.

На рис. 9.22 показана схема трехкаскадного усилителя с конденсаторной развязкой между каскадами. Режим по постоянному току у каждого каскада свой. Входной переменный сигнал проходит от каскада к каскаду через разделительные конденсаторы.

Усилители мощности

Импульсные усилители

Импульсный сигнал имеет широкий спектр частот, которые должны усиливаться электронным устройством. Ограничение полосы пропускания усилителя приводит к искажениям формы выходного импульса по сравнению со входным. Наибольшие искажения возникают при усилении сигналов прямоугольной формы.

Параметрами, характеризующими искажения, являются длительности переднего фронта tф и заднего склона tc, спад вершины импульса ΔUс и выброс на вершине импульса ΔUB (рис. 9.28).

Из теории известно, что вершину импульса (медленное изменение напряжения) определяет низкочастотная часть амплитудно-частотной характеристики усилителя, а передний и задний склоны (быстрое изменение напряжения) - ее высокочастотная часть. Следовательно, для неискаженной передачи импульсов прямоугольной формы через усилитель верхняя граничная частота FB полосы пропускания усилителя должна стремиться к бесконечности, а нижняя граничная частота FH - к нулю. В обычных условиях это практически невозможно выполнить.