2.1 Каскад с общим истоком

Базовым вариантом усилительного каскада по схеме с ОИ является схема, приведенная на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Базовый вариант усилительного каскада по схеме с ОИ

Эта схема имеет контур последовательной ООС по току и аналогична схеме на биполярном транзисторе, приведенной на рис. 1.14. Основное отличие состоит в том, что полярности напряжений U_з-и и U_б-э противоположны, в результате чего в каскаде на ПТУП возможна реализация автоматического истокового смещения без применения делителя в цепи затвора.

Для входного контура (рис. 2.2) можно записать:

. (2.12)

Так как I_з ≈ 0, то U_и-з = R_и I_c.

Если известны координаты РТ, то сопротивление R_и, обеспечивающее необходимый режим, находится по выражению:

. (2.13)

Рис. 2.2. Токи и напряжения в схеме

Графоаналитическое решение этой задачи приведено на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Определение R_и

Рабочая точка А определяется как точка пересечения ХПП и ВАХ резистора R_и. Последняя строится по двум точкам, одна из которых – начало координат, а вторая может быть любой, удовлетворяющей закону Ома для данного сопротивления R_и.

2.2 Каскад с общим стоком

Каскад с общим стоком, по аналогии с эмиттерным повторителем (ЭП), часто называют истоковым повторителем (ИП) (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Истоковый повторитель

При расчете ИП (рис. 2.4) руководствуются следующими основными соотношениями:

1. Напряжение источника питания выбирают согласно соотношению:

, (2.14)

где U_с-и max – справочный параметр транзистора.

2. Постоянную составляющую рассчитывают по выражению:

, (2.15)

где U_{з-и отс} – справочный параметр транзистора, U_з – напряжение запаса, обеспечивающее работу транзистора в рабочей области стоковых характеристик (обычно 0,5 В); при этом должно выполняться условие:

. (2.16)

3. Определяется амплитуда тока истока:

, (2.17)

где .

4. Рассчитывается постоянная составляющая тока истока:

, (2.18)

где k – коэффициент запаса (0,7…0,9); при этом должно соблюдаться условие:

.

5. По характеристикам транзистора находится напряжение U_з-и0, соответствующее току I_и0 = I_с0 и рассчитывают .

6. Входное сопротивление ИП практически определяется резистором R_з, которое выбирается из условия: , где – выходное сопротивление предыдущего каскада. Обычно R_з > 100 кОм. Выходное сопротивление каскада примерно равно 1/S.

7. Определяются емкости разделительных конденсаторов:

, . (2.19)

3 Примеры расчета каскадов

3.1 Пример расчета усилителя напряжения с буферным каскадом на входе

Исходные данные для расчета:

1. Амплитуда входного сигнала e_вх m = 20 мВ.

2. Внутреннее сопротивление источника входного сигнала R_д = 2 кОм.

3. Амплитуда выходного напряжения u_{вых m} = 1 В.

4. Диапазон частот усиливаемого сигнала f_н…f_в = 300 Гц…10 кГц.

5. Коэффициенты допустимых частотных искажений М_н = М_в = 1,41.

6. Допустимый коэффициент температурной нестабильности S_i ≤ 5.

7. Сопротивление нагрузки R_н = 1 кОм.

8. Емкость нагрузки С_н = 10⁴ пФ.

Расчет должен содержать:

1. Выбор схемы усилителя.

2. Выбор транзистора.

3. Расчет выходного каскада.

4. Расчет входного каскада.