"Схемотехника аналоговых электронных устройств" - читать интересную книгу автора (Красько А. С.)

2.9. Усилительный каскад на полевом транзисторе с ОИ

Среди усилительных каскадов, выполненных на полевых транзисторах, наиболее широкое применение получил каскад, в котором ПТ включен по схеме с общим истоком. На рисунке 2.29 приведена принципиальная схема наиболее распространенного варианта каскада с ОИ с цепью автосмещения, служащей для обеспечения режима работы ПТ по постоянному току.

Если БТ разделяется на два типа — p-n-p и n-p-n, отличающиеся противоположными полярностями питающих напряжений, то разновидностей ПТ существует, по меньшей мере, шесть. Рассмотрим схему рисунка 2.29, где изображен ПТ с p-n переходом и n-каналом. Анализ каскадов на других типах ПТ будет отличаться лишь в незначительных деталях.

Рисунок 2.29. Усилительный каскад с ОИ

Выходные статические вольтамперные характеристики (ВАХ) ПТ представлены на рисунке 2.30. В отличие от БТ, у ВАХ ПТ имеется значительная область управляемого сопротивления, в которой возможно использование ПТ в качестве электронного управляемого резистора. В качестве усилительного элемента ПТ используется в области усиления.

Рисунок 2.30. Выходные статические характеристики ПТ

В отсутствие входного сигнала каскад работает в режиме покоя. С помощью резистора R_и задается напряжение смещения U₀=I_с0·R_и, которое определяет ток покоя стока I_с0.

Координаты рабочей точки определяются соотношениями:

U_с0 #8805; U_вых + U_R,

где U_R — граница области управляемого сопротивления на выходных статических характеристиках транзистора (рисунок 2.30),

U_R #8776; (1…2) В;

I_с0 #8805; U_вых/R_#8776;,

где R_#8776;= R_с#8741;R_н — сопротивление нагрузки каскада по переменному току;

),

где U_отс — напряжение отсечки, I_си — ток стока при U_зи=0 В (либо при U_зи=2U_отс для ПТ в режиме обогащения, см. рисунок 2.33 в подразделе 2.10).

С помощью резистора R_и, помимо задания необходимого напряжения смещения, в каскад вводится ООС, способствующая термостабилизации (у ПТ как и у БТ наблюдается сильная температурная зависимость параметров), на частотах сигнала эта ОС устраняется путем включения C_и.

Графически проиллюстрировать работу каскада с ОИ можно, используя проходные и выходные статические характеристики ПТ, путем построения его динамических характеристик. Построение во многом аналогично каскаду с ОЭ и отдельно не рассматривается.

Нетрудно показать, что каскад с ОИ, как и каскад с ОЭ, инвертирует входной сигнал.

На рисунке 2.31 а,б,в приведены, соответственно, малосигнальные схемы для областей СЧ,НЧ, и ВЧ.

Рисунок 2.31. Схемы каскада с ОИ для СЧ, ВЧ и НЧ

Для расчета параметров усилительного каскада по переменному току удобно использовать методику, описанную в разделе 2.3, а ПТ представить моделью, предложенной в разделе 2.4.2.

 В результате расчета в области СЧ получим:

K₀ = S₀R_экв,

где R_экв= R_с#8741;R_н;

g_вх #8776; 1/R_з,

g_вых #8776; g_с = 1/R_з.

Эти соотношения получены в предположении, что низкочастотное значение внутренней проводимости транзистора g_22э много меньше g_с и g_н. Это условие (если не будет оговорено особо) будет действовать и при дальнейшем анализе усилительных каскадов на ПТ.

В области ВЧ получим:

,

где #964;_в — постоянная времени каскада в области ВЧ, #964;_в#8776;C_нR_экв;

где C_вхдин = C_зи + C_зс(1 + K₀);

Выражения для относительного коэффициента передачи Y_в и коэффициента частотных искажений M_в и соотношения для построения АЧХ и ФЧХ каскада с ОК аналогичны приведенным в разделе 2.5 для каскада с ОЭ.

 В области НЧ получим:

K_н = K₀/(1 + 1/j#969;#964;_н),

где #964;_н — постоянная времени разделительной цепи в области НЧ. далее все так же, как для каскада с ОЭ.