Усилители на полевых транзисторах

 

Существует 3 усилительных схемы на транзисторах – с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС), общим затвором (ОЗ).

Последняя схема из-за низкого входного сопротивления применяется редко.

Усилительный каскад ОИ

Рис.3.6

	Усилительный каскад на униполярном транзисторе по схеме с общим истоком

 

Рис.3.7

	Выходные ВАХ униполярного транзистора со статической нагрузочной прямой и заданной рабочей точкой (т.А)

 

Каскад построен на транзисторе МДП с встроенным каналом n-типа.

Транзистор может работать в режиме обогащения и обеднения канала, т.е. на затвор может подаваться даже без R₁ двухполярное напряжение. По этой же причине под U_зи на всех ВАХ понимаются как положительные, так и отрицательные значения U_зи, а также и нулевое.

Элементы R₃, R₁ и R_и предназначены для задания рабочей точки. Резистор R_и служит для стабилизации режима каскада (обратная связь на постоянном токе) аналогично каскаду ОЭ (термостабилизация и уменьшение влияния разброса параметров транзисторов).

C_и шунтирует R_и на переменном токе.

Обеспечение режима работы как и у биполярного транзистора. Учет Р_{с max}, U_{си max} и I_{с max}.

Нагрузочная прямая на постоянном токе строится по точкам с координатами I_c=0, U_си=Е_с; U_си=0, I_с=Е_с/(R_c+R_и).

Динамическая прямая мало отличается от статической

, а так как нагрузкой обычно является каскад на МОП, имеющий большее входное сопротивление, то .

Наименьшая ошибка такого приближения получается в режиме усиления малых сигналов.

Если каскад работает в режиме усиления малых сигналов, то возможно задание рабочей точки при U_зи< 0 и поэтому резистор R₁ вообще можно не ставить, т.к. необходимое напряжение по величине и знаку получается за счет тока истока через R_и.

Условие выбора сопротивления в цепи истока R_и=U_зиА/I_сА.

Резистор в цепи затвора R₃ соединяет затвор общим проводом и на постоянном токе создает напряжение на истоке относительно затвора.

Однако R₃ не любое, а выбирается много меньше R_вх. Причины такого выбора: 1) уменьшается температурная нестабильность, 2) уменьшается влияние разброса параметров транзистора на входное сопротивление каскада(т.е. разные входные сопротивления транзистора шунтируются более точным резистором R₃).

Обычно R₃ равен 1-2 МОм.

Если необходим каскад с повышенной термостабильностью, то Rн берут больше U_зиА/I_сА и, следовательно, обязательно повышают потенциал затвора путем включения в схему R₁.

Условия выбора R₁:

(Здесь , но т.к. I_з=0, то I_и=I_с)

откуда

,

выбираем из ВАХ (вольтамперных характеристик) транзистора.

В формуле неизвестно и его определяют из условия:

Значение выбирают так: = 0, 05 ÷ 0, 15 r_с. Он влияет на частотные свойства в области высших частот.

Аналогично каскаду ОЭ увеличивает стабильность, но и требует увеличения напряжения питания. Поэтому обычно величину выбирают исходя из обеспечения = 0, 1…0, 3 . Тогда вся остальная цепь от истока до будет соответствовать 0, 9…0, 7 или

.

Если , то рабочая точка при наличии задается делителем папряжения . Такое задание обязательно для транзисторов с индуцированным каналом.

Для p-канала формулы остаются такими же с той лишь разницей, что знак U₃ будет другим.

Рассмотрим усилительные параметры.

Считаем, что С_р не влияет на работу (область средних частот).

 

Рис.3.8

	Эквивалентная схема усилительного каскада на полевом транзисторе для области средних частот

Обозначим

Обычно R_г < < R_вх и следовательно U_вх = Ег.

Емкости С_р и С_и велики и сопротивления по переменному току их малы.

- статический коэффициент усиления транзистора по напряжению.

Если нагрузка аналогичный каскад, то

,

т.к. велико.

 

С другой стороны и тогда

 

.Здесь - входное сопротивление транзистора. Т.к. =10⁹…10¹³ Ом, то , .

Каскад с общим истоком

Каскад ОС называют также истоковым повторителем.

Рис.3.9

	Истоковый повторитель

 

По постоянному току аналогично с ОИ.

Нагрузка на постоянном токе R_и, на переменном токе

.

. - входное сопротивление транзистора.

=10⁹ - 10¹³ Ом, следовательно

.

Коэффициент передачи по напряжению

.

. , т.к. I₃=0.

.

Входное напряжение

 

.

.

Здесь считаем(? ), что .

Если нагрузкой является каскад на биполярном транзисторе, то R_н> > R_и и тогда

.

Выходное сопротивление

.

Из , U_вых=K_u·U_вх.

, т.к. .

Подставим K_u:

, т.к. обычно > > 1, то

Вопросы и задания для самопроверки к главе III

1. По аналогии с каскадом ОЭ проведите расчет эмиттерного повторителя (ЭП) на постоянном токе.

2. Для области средних частот выведите формулы основных усилительных параметров ЭП.

3. Что Вы можете сказать о частотных свойствах повторителя?

4. Выведите формулы для задания рабочей точки транзистора в схеме усилителя с эмиттерным входом.

5. Нарисуйте эквивалентную схему усилительного каскада с эмиттерным входом и выведите формулы основных усилительных параметров.

6. Что Вы можете сказать о внутренней обратной связи по току транзистора ОБ и ее влиянии на свойства каскада?

7. Как влияет дифференциальное сопротивление коллекторного перехода на усилительные параметры?

8. Сравните частотные свойства каскадов по схемам ОЭ, ОК, ОБ.

9. Нарисуйте принципиальную схему усилительного каскада на униполярном транзисторе с управляющим переходом и каналом n-типа при включении его по схеме с общим истоком (ОИ).

10. Получите формулы для расчета каскада (п.9) на постоянном токе.

11. Нарисуйте принципиальную электрическую схему каскада с общим истоком. Рассчитайте ее на постоянном токе.

12. Построив эквивалентную схему истокового повторителя для области средних частот, выведите основные усилительные параметры.

13. Охарактеризуйте требования, предъявляемые к фазоинверсному каскаду.

14. Дайте сравнительную характеристику каскадов на униполярных и биполярных транзисторах.

 

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: