Усилительные каскады на полевых транзисторах

Усилительные каскады на полевых транзисторахПринцип построения усилительных каскадов на полевых транзисторах те же, что и на биполярных. Особенностью является управление не током, а напряжением. По этой причине задание режима покоя осуществляется подачей во входную цепь постоянного напряжения. Возможны три схемы включения полевых транзисторов: с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (0З). В связи с тем, что схема 0З имеет низкое входное сопротивление, она практически не применяется.

Усилительный каскад на полевом транзисторе со встроенным каналом n-типа показан на рис 2.22.

Такой каскад может работать как в режиме увеличения (обогащения) канала, так и в режиме уменьшения (обеднения) канала. Обогащение канала приводит к увеличению тока стока Ic, a обеднение — к его уменьшению. Если канал реализуется на полевом транзисторе с управляющим p-n-переходом, то каскад может работать только с уменьшением канала.

Уравнение электрического состояния цепи сток-исток в режиме покоя имеет вид:

Усилительные каскады на полевых транзисторах

Это уравнение описывает вольтамперную характеристику резисторов (Rc+Rи), т.е. линию нагрузки по постоянному току. Расчет и анализ каскада производится графоаналитическим способом аналогично тому, как это было проведено для усилительного каскада ОЭ.

На семейство выходных стоковых характеристик транзистора накладывается линия нагрузки по постоянному току (рис. 2.23). Эта линия соединяет точку с координатой Ес на оси абсцисс и точку с координатой Ес/(Rc+Rи), на оси ординат. Рабочая точка П выбирается на середине линейного участка передаточной (стоко-затворной) характеристики и сносится на линию нагрузки. Пересечение линии нагрузки с соответствующей выходной характеристикой определяет значения тока стока Iсп и напряжения сток-исток в точке покоя. В общем виде напряжение смещения затвора Uзип может быть как положительным, так и отрицательным и даже равным нулю. В полевых транзисторах с управляющим переходом оно только отрицательное. Напряжение смещения выделяется на резисторе Rи за счет прохождения Iсп поэтому, зная Uзип и Iсп можно определить величину резистора Rи:

Усилительные каскады на полевых транзисторах

Резистор Rз предназначен для подачи потенциала смещения на затвор. Величина этого резистора должна быть значительно меньше входного сопротивления полевого транзистора (очень большого) для исключения влияния температурной нестабильности транзисторов и разброса их параметров. Обычно Rз = (1–2) Мом. Через Rз, ток практически не течет.

Резистор смещения Rи не только создает режим покоя, но и обеспечивает стабилизацию каскада за счет отрицательной обратной связи по току стока Ic. Емкость Си исключает отрицательную обратную связь для усиливаемого сигнала. Величина емкости выбирается из известных соображений по нижней частоте сигнала:

Усилительные каскады на полевых транзисторах

Усилительные каскады на полевых транзисторахИногда для увеличения стабильности каскада идут на значительное увеличение Rи по сравнению с требуемым для создания потенциала покоя на затворе. В этом случае для компенсации излишнего отрицательного потенциала включают резистор R1, подающий на затвор положительный потенциал от источника питания. Если же оказалось, что положение точки покоя таково, что Uзип ³ , то наличие R1обязательно, т.к. именно он будет обеспечивать потенциал смешения. В этом случае резистор Rи необходим только для стабилизации каскада. Следует отметить, что величина резистора стоковой нагрузки Rсвлияет на значение верхней частоты, усиливаемой каскадом: чем больше Rс, тем меньше fв. Рекомендуется выбирать значение Rс равным порядка 0,1 внутреннего сопротивления транзистора ri.

Читайте также:  Клей герметик черный автомобильный

Емкости Cp1 и Cp2служат для развязки цепей постоянного и переменного тока на входе и выходе каскада.

Входной сигнал через разделительный конденсатор Cp1 поступает на затвор транзистора, алгебраически суммируясь с напряжением смешения. Изменение потенциала затвора вызывает изменение напряжения на стоке. Переменная составляющая напряжения на стоке, проходящая через разделительный конденсатор Ср2 представляет собой выходное напряжение. Амплитуда сигнала должна быть такой, чтобы не выходить за пределы линейного участка входной аб и выходной аб‘ характеристик.

Нагрузка каскада Rн не учитывается, если Rн >> Rc, что почти всегда имеет место в предварительных каскадах усиления. При необходимости учета нагрузки строится линия нагрузки но переменному току и рабочий линейный диапазон сигналов определяется по ней.

Усилительные каскады на полевых транзисторах

На рис. 2.24. представлены схемы замещения каскада ОИ. В этих схемах переходные конденсаторы Cp1, Cp2; не учитываются, так как емкость их велика и сопротивление близко к нулю. Коэффициент усиления по напряжению для средних частот, когда емкости транзистора еще не влияют на процесс усиления:

Усилительные каскады на полевых транзисторах

Произведение Sri называют статическим коэффициентом усиления полевого транзистора. Здесь ri внутреннее сопротивление транзистора, S — крутизна передаточной характеристики, Усилительные каскады на полевых транзисторах. С достаточной для практики точностью в большинстве случаев можно пренебречь Rн и тогда Усилительные каскады на полевых транзисторах

Входное сопротивление каскада велико (мегомы):

Усилительные каскады на полевых транзисторах

Выходное сопротивление каскада:

Усилительные каскады на полевых транзисторах

и реально составляют килоомы и десятки килоом.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога 9990 — Усилительные каскады на полевых транзисторах | 7783 — Усилительные каскады на полевых транзисторах или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Большое распространение получили усилительные каскады на полевых
транзисторах, так как они обладают значительно большим входным сопротивлением по сравнению с усилительными каскадами на биполярных транзисторах. Малый входной ток, за счет высокого входного сопротивления полевого транзистора, позволяет обеспечить высокое отношение полезного сигнала к собственному шуму и конструировать высокочувствительные усилители (до 0,01÷0,1мВ) в измерительной технике. Наиболее часто используется каскад с общим истоком, схема которого приведена на рис.2.10.

Полярность источника питания определяется типом применяемого полевого транзистора. В транзисторе с n-каналом напряжение ЕС положительно.

В цепь стока включен нагрузочный резистор RС, обеспечивающий динамический режим работы усилителя. На транзисторе RС выделяется усиленное переменное напряжение.

Усилительные каскады на полевых транзисторах
Рис. 2.10. Схема усилительного каскада с общим истоком

В цепи истока резистор RИ создает необходимое смещение между затвором и истоком. При этом потенциал затвора оказывается ниже потенциала истока на величину падения напряжения на резисторе RИ от тока покоя истока IИ0 ток покоя в цепи затвора равен нулю.

Читайте также:  Как сделать шашлыки в духовке

Входное напряжение подается на резистор R3 через разделительный конденсатор С1. При этом в канале полевого транзистора появляются переменные составляющие тока истока iИ и тока стока ic , причем iИ » ic . Для того, чтобы переменная составляющая тока истока не создавала падение напряжения на резисторе RИ и не уменьшала за счет этого величину усиливаемого сигнала между затвором и истоком по сравнению со входным напряжением, резистор RИ шунтируется конденсатором CИ. Сопротивление конденсатора на самой низкой частоте усиливаемого напряжения должно быть во много раз меньше сопротивления резистора. При этом условии падение напряжения от тока истока iИ на цепочке RИCИ, называемой звеном автоматического смещения, имеет очень небольшую величину, так что по переменной составляющей тока исток можно считать соединенным с общей точкой усилительного каскада.

Выходное напряжение снимается через разделительный конденсатор С2 между стоком и общей точкой каскада, т.е. оно равно переменной составляющей напряжения между стоком и истоком.

Рассматриваемый усилительный каскад является усилителем напряжения. Величина коэффициента усиления каскада составляет:

Входное сопротивление полевых транзисторов, т.е. сопротивление между затвором и истоком, имеет величину порядка 10 7 Ом, поэтому входное сопротивление усилителя определяется сопротивлением резистора R3, который подключен параллельно входным зажимам полевого транзистора:

Выходное сопротивление современных полевых транзисторов (сопротивление между стоком и истоком) имеет величину порядка 10 5 Ом, поэтому выходное сопротивление усилительного каскада на полевом транзисторе определяется сопротивлением резистора RC:

Таким образом у этого усилителя Rвых

В отличие от биполярных полевые транзисторы имеют очень высокое входное сопротивление (до десятков МОм). Поэтому и усилительные каскады на полевых транзисторах обладают большими входными сопротивлениями. Управление током, в полевых транзисторах осуществляется изменением проводимости канала р- или. п-типа, через который под воздействием электрического поля протекает ток. Таким образом, полевые транзисторы управляются по входной цепи напряжением (электрическим полем — отсюда название — полевые), а не током. В полевых транзисторах электропроводность канала обусловлена движением носителей только одного типа, поэтому по принципу действия они являются униполярными.

По способу создания проводящего канала различают полевые транзисторы с р-,п — переходом и полевые транзисторы с встроенным и индуци-рованным каналами. Последние два типа называют МДП-транзисторами (МДП — металл — диэлектрик – полупроводник рис. 3.10б).

Полевые транзисторы любого типа (рис. 3.10 а, б) имеют три электрода (вывода): сток, исток и затвор (от англ. gate — ворота).

Усилительные каскады на полевых транзисторахРис.3.10

Включение полевых транзисторов (как и биполярных) в усилительные каскады осуществляется тремя способами: с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ).

Электропитание полевых транзисторов производится по стоковой цепи разными напряжениями, в зависимости от типа канала: транзисторы с каналом п-типа питаются положительным напряжением +ЕС, р-типа — отрицательным напряжением — Ес.

При анализе и расчете схем на полевых транзисторах используют их статические вольтамперные характеристики. Стоко-затворная входная характеристика представляет собой зависимость тока стока Iс МДП-транзистора от напряжения затвор – исток Uзи (рис.3.10 в,г). Стоковые (выходные ) характеристики отражают зависимость тока стока Ic от напряжения сток – исток Uси при постоянном напряжении затвор – исток Uзи (рис.3.10д, е).

Читайте также:  Засолка яблок на зиму рецепты

Рассмотрим усилительные каскады на МДП-транзисторах с каналами п-типа.

Усилительный каскад ОИ. На рис. 3.11 представлена типовая схема усилительного каскада ОИ на МДП-транзисторе, в которой назначение резисторов R1 R2 и конденсаторов C1 и C2 такое же, как и в каскаде ОЭ.

Усилительные каскады на полевых транзисторахРис. 3.11

В схеме резистор Rи выполняет функцию термостабилизации режима работы каскада по постоянному току стока Iсп. Для исключения ООС по переменному току резистор Rи шунтируют конденсатором Си.

Нагрузкой по переменному току в усилительном каскаде ОИ является

Анализ работы каскада ОИ проводят графоаналитическим методом, используя статические стоковые и cтоко-затворные характеристики МДП-транзистора (рис. 3.12).

Усилительные каскады на полевых транзисторахРис.3.12

Линию нагрузки по постоянному току (линия 1—2 на рис. 3.12 а) проводят через две точки в соответствии со вторым законом Кирхгофа для стоковой цепи:

Координаты этих точек определяются следующим образом: – для точки IIсх=0, Uсх=Ec; для точки 2 — Ucз=0, Icз=Ec/(Rc+Rи).

Линия нагрузки по переменному току проходит через точку покоя П (линия 3-4 на рис. 3.12, a) и ее наклон к оси напряжений определяется величиной сопротивления Rcн (3.26).

Усилительный каскад ОИ на полевом транзисторе аналогично каскаду ОЭ на биполярном транзисторе изменяет фазу входного сигнала на 180°.

Показатели линейного режима усиления каскада ОИ можно рассчитать с помощью его эквивалентной схемы, основа которой — схема замещения МДП-транзистора (обведена на рис. 3.13 штриховой линией).

Усилительные каскады на полевых транзисторахРис.3.13

В эквивалентной схеме каскада усилительные свойства МДП-транзистора отражены генератором тока SUвх с параллельно включенным внутренним сопротивлением транзистора ri . Величина S =ΔIc /ΔUзи – есть крутизна стоко-затворной характеристики, которая определяется с помощью кривой на рис. 3.12б.

Делитель в цепи затвора представлен сопротивлением R3 = R1||R2, а на-грузка каскада по переменному току — сопротивлением Rсн. Межэлектродные емкости Сзи и Сзс отражают наличие емкостей р-п-переходов, а емкость Сси межэлектродную выходную емкость МДП-транзистора.

Коэффициент усиления по напряжению нетрудно найти из схемы рис. 3.13:

Усилительные каскады на полевых транзисторах

Как правило, в полевых транзисторах ri>>Rсн и ri >>Rc , поэтому

Усилительные каскады на полевых транзисторах(3.29)

Входное сопротивление каскада ОИ определяется в основном делителем в цепи затвора: Rвх=Rз, а выходное сопротивление приблизительно равно стоковому сопротивлению: RвыхRс.

Усилительный каскад ОС (истоковый повторитель) на МДП-транзисторе представлен на рис. 3.14, имеет большое входное Rвх >>Мом и малое выходное Rвых≈1/S сопротивления. Коэффициент усиления по напряжению

Усилительные каскады на полевых транзисторах(3.30)

Усилительные каскады на полевых транзисторахРис.3.14.