Однокаскадные усилители на полевых транзисторах

1.

Лекция 3.
Однокаскадные усилители на полевых
транзисторах
План:
1. Однокаскадный усилитель с общим
истоком
2. Однокаскадный усилитель общим стоком
3. Вывод

2.

Типовая схема усилителя на полевом транзисторе с управляющим рn переходом и каналом n - типа показана на рисунке 3.1. Дадим краткую
характеристику схемы: резистивный усилитель напряжения на полевом
транзисторе с общим истоком, автоматическим напряжением смещения,
резисторно-емкостной связью с последующим каскадом и последовательным
стоковым питанием. Ес — источник постоянного напряжения. За счет него
обеспечивается увеличение мощности сигнала, а также необходимые
постоянные напряжения на электродах полевого транзистора. VT —
управляющий прибор. Он преобразует энергию источника постоянного
питания в энергию сигнала. Rс — резистор нагрузки полевого транзистора. На
нем выделяется усиление напряжение сигнала, а также через него подается
постоянное напряжение на сток. RИ – резистор смещения. Выделенное на нем
постоянное напряжение прикладывается к участку затвор – исток. R3 —
резистор в цепи затвора. Через него подается напряжение смещения на
затвор. Кроме того, этот резистор обеспечивает протекание, хотя и очень
малого, тока затвора. Этот ток создает на резисторе R3 незначительное
напряжение. Чтобы оно заметно не меняло смещение, максимально допустимая
величина R3 оговаривается в справочнике на данный полевой транзистор. Ср —
разделительный конденсатор. Он разделяет каскад усилителя и нагрузку по
постоянному току и обеспечивает прохождение переменного тока сигнала.

3.

СИ — блокирующий конденсатор. Блокирует по частоте сигнала RИ и тем
самым устраняет отрицательную обратную связь по переменному току.
Rн, Cн - эквивалентное входное сопротивление последующего каскада.
Рассмотрим протекание тока стока в статическом режиме. При включении
постоянного источника Ес через полевой транзистор протекает ток стока Iс
по следующей цепи (рисунок 3.1.): +Ес корпус RИ исток – канал р –
сток Rс Rф -Ес. Ток стока 1С создает на RИ постоянное падение
напряжения. Так как на резисторе Rз напряжение пренебрежимо мало, то
напряжение UИ = IИRИ полностью прикладывается к участку затвор-исток и
обеспечивает выбранную рабочую точку. Стабилизация рабочей точки
происходит следующим образом. Пусть по каким-либо причинам возрос ток
истока IИ. Соответственно увеличивается напряжение URИ = IИRИ, равное
напряжению UЗИ, а это приведет к сужению канала и, следовательно, к
уменьшению тока истока IИ, то есть его стабилизации. Следует иметь в виду,
что стабильность статических характеристик полевых транзисторов с
управляющим pn - переходом значительно выше, чем у биполярных
транзисторов, и дополнительные меры по стабилизации рабочей точки
могут потребоваться либо при очень широком диапазоне рабочих
температур, либо при жестких требованиях к стабильности постоянных
напряжений, например, в усилителях постоянного тока. При этом
схемотехнические решения повышения уровня стабилизации не отличаются
от тех, которые применяются для биполярных транзисторов.

4.

ДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ. Считаем, что статический режим
обеспечен и ко входу усилителя приложено гармоническое
напряжение сигнала U1. Это напряжение через конденсатор Си
прикладывается к участку затвор-исток и управляет р-каналом. Ток
стока Iс становиться пульсирующим, то есть в его составе
появляется переменная составляющая, источником которой следует
считать полевой транзистор. Цепь протекания переменной
составляющей тока стока Iс (рис.3.1.): Таким образом, на резисторе
нагрузки выделяется напряжение сигнала, вели-чина которого
U2= I2R2 = SU1R2, где S — крутизна, a R R R
R R
Коэффициент усиления этого усилителя
составляет обычно единицы-десятки.
Входное сопротивление усилителя можно считать равным RBX R3,
и оно составляет сотни кОм — единицы МОм, а выходное
сопротивление RВЫХ Rc — Десятки кОм. Следовательно, по
причине высокого входного сопротивления, такие усилители
удобно применять в качестве входного каскада, работающего от
высокоомного источника сигнала.
С
Н
2
С
Н

5.

Рис.3.1. –
Принципиальная
схема усилителя
на полевом
транзисторе с
общим истоком
ВЫВОДЫ:Коэффициент усиления в области средних частот не зависит от частоты:
Ко =g21ЭR2, что является следствием пренебрежимо малого влияния на него емкостей
конденсаторов Ср и Сн.Коэффициент усиления можно изменять либо путем подбора
транзистора и рабочей точки (от этого зависит параметр g21Э), либо путем изменения
сопротивления резистора RИ. Однако надо иметь в виду следующее: увеличение
сопротивления резистора RИ требует увеличения напряжения источника постоянного
питания, а также приводит к увеличению частотных искажений в области высоких
частот (будет показано в дальнейшем).

6.

Истоковым
повторителями
называются
каскады,
охваченные
стопроцентной последовательной отрицательной обратной связью. Поэтому
основные свойства этих каскадов достаточно близки, а существенные
отличия обусловлены несовпадением характеристик используемых
транзисторов. Рассмотрим схемотехническое построение истокового
повторителя на примере полевого транзистора с управляющим рn переходом и каналом р - типа (рис3.2). Каскад с общим истоком является
аналогом каскада с общим коллектором. По аналогии со схемой с общим
коллектором характеристика схемы истокового повторителя имеет
следующий вид: резистивный усилитель тока на полевом транзисторе с
общим стоком, автоматическим напряжением смещения, резисторноемкостной связью с последующим каскадом и последовательным стоковым
питанием. В этом каскаде нагрузочный резистор RИ включен в цепь истока,
а сток по переменным составляющим тока и напряжения соединен с общей
точкой каскада, то есть вывод стока является общим для входной и
выходной цепей усилительного каскада. Основными элементами каскада
являются резистор RИ и транзистор. Выбор и обеспечение режима покоя
производятся так же, как и в каскаде с ОИ. Выходное напряжение, равное
переменной составляющей падения напряжения на резисторе RИ, подается
через разделительный конденсатор СР в нагрузку. Для истокового
повторителя напряжение на нагрузке совпадает по фазе со входным
напряжением и связано с ним равенствами: Uвых=Uвх-UЗИ; Uвых=IсRИ

7.

Рис. 3.2 – Принципиальная схема повторителя
напряжения на полевом транзисторе

8.

Коэффициент усиления по напряжению зависит от крутизны транзистора S и
сопротивления резистора в цепи истока и при увеличении произведения SRИ
стремится к единице. Поэтому в истоковых повторителях желательно
использовать транзисторы с высоким значением крутизны. Входное
сопротивление истокового повторителя для низких и средних частот, как и в
усилительном каскаде с ОИ, определяется величиной R3 и составляет
несколько МОм. Выходное сопротивление для каскада с ОС в области средних
частот определяется как Rвых = 1/S.
ВЫВОДЫ:
1. Из практических применений эмиттерного повторителя, которые очень
многочисленны, можно отметить его использование для согласования
источника колебаний, обладающего высоким внутренним сопротивлением, с
низкоомной нагрузкой.
2. Малое значение постоянного напряжения на резисторе Rи позволяет в ряде
случаев обойтись без конденсатора Ср и тем самым улучшить частотную
характеристику в области нижних частот. Ввиду слабого влияния изменений
полезной нагрузки на входное сопротивление повторителя его часто
применяют в качестве буферного каскада для развязки нестабильной нагрузки
от источника колебаний.