Усилительные каскады на полевых транзисторах

Одним из существенных отличий полевых транзистором от биполярных является малая величина тока во входной цепи (10^-8 А для транзисторов с управляющим p–n переходом, а для МДП-транзисторов еще на несколько порядков меньше), вследствие чего их входное сопротивление на низких частотах лежит в диапазоне 10⁹…10¹³ Ом. Это приводит к тому усилительные каскады на полевых транзисторах управляются напряжением, которое прикладывается к закрытому p–n переходу (транзисторы с управляющим p–n переходом) или к затвору (МДП-транзисторы).

Полевые транзисторы имеют три схемы включения: с общим истоком (ОИ); общим стоком (ОС); общим затвором (ОЗ). Каскад с ОЗ обладает низким входным сопротивлением, в связи с чем используется очень редко.Расммотри наиболее часто используемые схемы включения с ОИ для основных типов транзисторов: с управляющим р-п- переходом м МДП – транзистора.

а) б)

Рис 12.4. Принципиальные схемы включения усилителей: а) на полевом транзисторе с управляющим р-п переходом; б) МДП –транзисторе c индуцированным каналом.

Полярность напряжения источника питания U_ип определяется типом канала транзистора (для канала n-типа U_ип положительно; для канала p-типа U_ип отрицательно).

Резистор R_з (рис. 3.11,а) осуществляет гальваническую связь затвора с общей шиной, т.е. обеспечивает в режиме покоя нулевой потенциал затвора.

Это необходимо для создания между затвором и истоком напряжения соответствующего обратному смещению р-п-перехода затвор-исток.. В токой схеме потенциал затвора оказывается ниже потенциала истока на величину падения напряжения на резисторе R_и от протекания постоянной составляющей тока I_ио. В связи с этим напряжение U_зио является отрицательным. ( 12.24)

Требуемую величину R_и для заданного тока покоя I_cо определяют с помощью стокзатворной вольт-амперной характеристики транзистора. Рабочая точка в режиме покоя обычно выбирается на середине линейного участка стокзатворной характеристики, что обеспечивает минимальные нелинейные искажения. Выбрав положение рабочей точки, находят сопротивление резистора R_и

. (12.25)

.

Источник входного сигнала Е_г через разделительный конденсатор подключается ко входу усилительного каскада, а нагрузка через разделительный конден-сатор подключается к стоку транзистора. Цепочка R_и – С_и называется звеном автоматического смещения и обеспечивает стабильное отрицательное напряжение U_зио для режима покоя. Кроме того, конденсатор С_и устраняет отрицательную обратную связь по переменному току, и его сопротивление на самой низкой частоте усиливаемого напряжения должно быть во много раз меньше сопротивления резистора R_и. Ёмкость конденсатора С_и рассчитывается по формуле

, (12.26)

где f_нч – самая низкая частота усиливаемого сигнала.

В схеме рис.3.11. б) назначение элементов практически идентично схеме с ОЭ на БТ. Отличие состоит в том, что в схеме с ПТ напряжение в рабочей точке должно быть больше, чем Uпор. (от 3-5В до 0, 8 В для современных транзисторов). Кроме того, в схеме с ПТ возможно полностью исключить из схемы цепь Rи Cи, При этом температурные свойства усилителя практически не ухудшатся, так как ПТ имеет лучшие температурные свойства и может использоваться без Rи, которое создает термостабилизирующий эффект за счет введения ООС.

Параметры усилителя в схеме с ОИ мо жно рассмотреть из следующих соображений.

На средних частотах входное сопротивление каскада с ОИ однозначно определяется величиной R_з (или входным сопротивлением МДП – транзистора совместно с сопротивлениями делителя R1 R2) и обычно лежит в пределах единиц МОм.

Выходное сопротивление каскада с ОИ определяется сопротивлением параллельно соединенных R_i и R_c

. ( 12.27)

При работе в области высоких частот, необходимо учитывать

входную и выходную емкости каскада. При этом , что является важным преимуществом усилительных каскадов на полевых транзисторах.

Коэффициент усиления по напряжению для средних частот будет

равен

. ( 12.28)

Для получения максимального коэффициента усиления в диапазоне средних частот необходимо обеспечить работу каскада на высокоомную нагрузку и включить в цепи стока резистор R_с с большим сопротивлением.