Усилительные каскады на полевых транзисторах управляются напряжением, которое прикладывается к запертому p–n переходу (транзисторы с управляющим p–n переходом) или к затвору (МДП-транзисторы). За счет того, что ток затвора полевых транзисторов очень мал (10-8 А для транзисторов с управляющим p–n переходом, а для МДП-транзисторов еще на несколько порядков меньше), то их входное сопротивление на низких частотах лежит в диапазоне 109…1013 Ом.
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.
Усилительный каскад с ОИ
На рис. 10.28,а приведена принципиальная схема каскада с общим истоком. В качестве активного элемента используется полевой транзистор с управляющим p–n переходом или МДП-транзистор со встроенным каналом. Основными элементами усилительного каскада являются: источник питания Uип, транзистор и резистор Rс. Полярность напряжения источника питания Uип определяется типом канала транзистора (для канала n-типа Uип положительно; для канала p-типа Uип отрицательно).
Резистор Rз (рис. 10.28,а) осуществляет гальваническую связь затвора с общей шиной, т.е. обеспечивает в режиме покоя равенство потенциалов затвора и общей шины усилительного каскада. Поэтому потенциал затвора ниже потенциала истока на величину падения напряжения на резисторе Rи от протекания постоянной составляющей тока Iио. В связи с этим напряжение Uзио является отрицательным. Источник входного сигнала Ег через разделительный конденсатор 
подключается ко входу усилительного каскада, а нагрузка через разделительный конден-сатор 
подключается к стоку транзистора. Цепочка Rи – Си называется звеном авто-матического смещения и обеспе-чивает стабильное отрицательное напряжение Uзио для режима покоя. Кроме того, конденсатор Си устраняет отрицательную обратную связь по переменному току, и его сопротивление на самой низкой частоте усиливаемого напряжения должно быть во много раз меньше сопротивления резистора Rи. Ёмкость конденсатора Си рассчитывается по формуле
, (10.62)
где fнч – самая низкая частота усиливаемого сигнала.
Требуемую величину Rи для заданного тока покоя Icо определяют с помощью сток-затворной вольт-амперной характеристики транзистора. Рабочая точка в режиме покоя обычно выбирается на середине линейного участка сток-затворной характеристики, что обеспечивает минимальные нелинейные искажения. Выбрав положение рабочей точки, находят сопротивление резистора Rи
. (10.63)
С помощью Rи осуществляется стабилизация режима покоя. Предположим, что при изменении температуры уменьшился ток Iсо, это приводит к уменьшению падения напряжения на Rи и уменьшению модуля отрицательного напряжения на затворе, а это приводит к возрастанию Iсо. Таким образом стабилизация режима покоя осуществляется за счет того, что Rи создает последовательную отрицательную обратную связь по постоянному току. Кроме того, при воздействии входного сигнала одновременно возникает и отрицательная обратная связь по переменному току, для устранения которой вводят конденсатор Си. Часто при расчете Rи принимает относительно большое значение, что приводит к большому значению модуля отрицательного напряжения на затворе. Для обеспечения необходимого режима покоя в этом случае используют делитель напряжения в цепи затвора (рис. 10.28,б). Напряжение в точке покоя Uзио определяется по формуле
. (10.64)
При подаче на вход положительной полуволны входного напряжения Uвх будут возрастать ток стока Iс и падение напряжения на Rс. Напряжение Uси уменьшается, что приводит к формированию отрицательной полуволны выходного напряжения. Полярность входного и выходного напряжений противоположна, схема с ОИ инвертирует входной сигнал.
Для расчета параметров каскада с ОИ по переменному сигналу представим схему усилительного каскада (рис. 10.28,а) эквивалентной схемой (рис. 10.29).
На средних частотах входное сопротивление каскада с ОИ однозначно определяется величиной Rз и обычно лежит в пределах единиц МОм.
Выходное сопротивление каскада с ОИ определяется сопротивлением параллельно соединенных Ri и Rc
. (10.65)
При переходе в область высоких частот, необходимо учитывать входную и выходную емкости каскада. При этом 
, что является важным преимуществом усилительных каскадов на полевых транзисторах. Зная, что ток
стока является функцией двух переменных 
, найдем изменение тока стока
. (10.66)
Используя выражения для основных параметров полевого транзистора 
и 
, перепишем (10.66) в виде
. (10.67)
Подставив в (10.67) вместо конечных приращений 
, 
и 
переменные составляющие тока и напряжений Iс, Uвх и 
(знак минус указывает на инвертирование входного сигнала), получим уравнение
, (10.68)
решив которое относительно Iс, найдем
. (10.69)
Коэффициент усиления по напряжению для средних частот будет равен
. (10.70)
Для получения максимального коэффициента усиления в диапазоне средних частот необходимо обеспечить работу каскада на высокоомную нагрузку и включить в цепи стока резистор Rс с большим сопротивлением.
