1 Статические параметры полевых транзисторов

К ак и биполярный транзистор, полевой транзистор описывается выходной (стоковой) характеристикой при фиксированных значениях положительного для р-канального транзистора напряжения U_ЗИ. Эта характеристика состоит из двух участков: крутого участка (участка нарастания) и пологого участка (участка насыщения) (рис.5.4). На первом участке транзистор ведет себя как резистор, который управляется напряжением затвор-исток U_ЗИ

, (5.4)

где U_O – граничное напряжение, т.е. напряжение, при котором появляется индуцированная проводимость между стоком и истоком (для транзистора с МОП структурой), или напряжение отсечки (для транзистора со встроенным каналом). Для транзистора с управляющим р-п переходом U_O=0.

На участке насыщения ток стока практически не зависит от напряжения на стоке, что обеспечивает усиление входного сигнала

. (5.5)

В этих, выше приведенных выражениях, g_O - удельная крутизна, которая определяется из характеристики транзистора как

, (5.6)

где І_С^* - ток стока при для МОП-транзистора или при для транзистора со строенным каналом.

При работе полевых транзисторов в режиме усиления используют участок насыщения выходных характеристик. В этой области при оптимальных значениях малосигнальних параметров можно достигнуть минимальных нелинейных искажений.

2 Схема включения полевого транзистора с общим истоком

Полевые транзисторы широко используют в схемах с общим истоком (рис5.2,а). Эта схема характеризуется большим входным импедансом и коэффициентом усиления по напряжению большим 1. Аналогом этой схемы в биполярной схемотехнике является схема с общим эмиттером.

Статический коэффициент усиления для схемы с общим истоком равняется

, (5.7)

где – крутизна усиления полевого транзистора;

R_C = R8 – сопротивление стоковой нагрузки;

r_СИ – внутренние сопротивление сток-исток.

Знак “-“ означает, что входной сигнал усилителем инвертируется.

Входное сопротивление такого усилителя определяется практически резистором затвора

. (5.8)

Выходное сопротивление усилителя определяется в первую очередь сопротивлением стоковой нагрузки и приблизительно равняется

. (5.9)

Реально входное сопротивление усилителя составляет сотни…тысячи кОм, а выходное - единицы кОм …сотни Ом.

Выбор рабочей точки полевого транзистора такой же, как и в случае биполярного транзистора. Для этого используют стоковую характеристику транзистора и нагрузочную прямую, но определяют не начальный ток управления (поскольку ток затвора практически равняется нулю), а начальное напряжение. Значение начального тока стока определяется, с одной стороны, необходимым коэффициентом усиления по напряжению (что задается значением стокового резистора и крутизной транзистора), а с другой стороны – требованиями к мощности, которая может быть рассеяна транзистором.

3 Амплитудно - частотная характеристика усилителя

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) – это зависимость коэффициента усиления каскада от частоты входного сигнала. Схематически АХЧ идеального усилителя приведенная на рис.5.5. Из нее можно видеть, что коэффициент усиления для каскада с непосредственной связью практически не зависит от частоты. Наличие в усилителе входной и выходной емкости, а также емкости, шунтирующей истоковый резистор, приводит к спаду АЧХ на участке низких и высоких частот. Если рассматривать АЧХ RC - усилителя на полевом транзисторе (см. рис.5.2 а), то спад АЧХ на низких частотах связан с RC - фильтром высоких частот, который состоит из входной емкости С7 и резистора R7. Поэтому частота среза АЧХ для уровня –3дБ на участке низких частот определяется как

. (5.10)

Спад АЧХ на высоких частотах такого каскада связан с наличием фильтра низких частот, который состоит из резистора стоковой нагрузки R8 и емкости нагрузки С_Н. Поэтому частота среза АЧХ на уровне –3дБ на участке высоких частот определяется из

. (5.11)

где С_Н = 100…500 пФ – емкость нагрузки.

Разница этих частот определяет полосу пропускания усилителя.