3.1.7. Анализ каскадов оз и ос

Поскольку малосигнальные эквивалентные схемы всех типов полевых транзисторов одинаковы, одинаковыми будут и выражения параметров каскадов ОИ, построенных на разных типах полевых транзисторов. Но параметры каскадов на полевых транзисторах с общим затвором и общим стоком отличаются от параметров каскадов на полевых транзисторах с общим истоком, в чем можно убедиться, выполнив анализ, подобный анализу каскада ОИ.

Приведем здесь только основные различия в методике и результатах анализа каскадов ОЗ и ОС по сравнению с каскадом ОИ.

Каскад на полевом транзисторе с общим затвором.

Полная эквивалентная схема каскада, а также схема для области средних частот (СЧ) приведены соответственно на рис. 3.10,а и б. В области средних частот определяются номинальный коэффициент усиления , входное и выходное сопротивления.

Рис. 3.10. Эквивалентные схемы каскада ОЗ: а – полная; б – в области СЧ

Поскольку, как это видно из рис. 3.10,б, напряжение на резисторе равно , а напряжение между затвором и истоком , ток , напряжение на выходе и номинальный коэффициент усиления каскада определятся из соотношений

; ; .

По определению входная проводимость , а входной ток (см. рис. 3.10,б) равен сумме токов и , поэтому

,

а входное сопротивление

.

Поскольку , выходное сопротивление , как следует из той же схемы рис. 3.10,б, есть параллельное соединение сопротивлений и , т.е.

.

Так как в каскадах на полевых транзисторах с общим затвором (рис. 3.2,а и 3.3,б) отсутствуют блокирующие конденсаторы, то функция передачи каскада в области нижних частот

,

в отличие от (3.4), не содержит постоянную времени . Здесь, как и в выражении (3.4), низкочастотная постоянная времени равна произведению на ( ), но только у каскада ОЗ значительно меньше.

Выходная емкость , как следует из рис. 3.10,а, при равна, как и в случае каскада ОИ, сумме емкостей и , но если , то можно считать . Эта емкость образует высокочастотную постоянную времени , определяющую поведение каскада в области верхних частот.

Во всей области частот каскад ОЗ будет описываться функцией передачи (3.6), если в ней положить .

Таким образом, главные отличительные признаки каскада ОЗ – это отсутствие инверсии сигнала ( ) и низкое входное сопротивление.

Каскад на полевом транзисторе с общим стоком

В схеме каскада на полевом транзисторе с общим стоком (рис. 3.2,б и 3.3,в) входной сигнал подается на затвор, а выходной снимается с истока. Малосигнальная эквивалентная схема каскада во всей области частот приведена на рис. 3.11,а, а в области средних частот (СЧ) – на рис. 3.11,б.

Рис. 3.11. Эквивалентные схемы каскада ОС: а – полная; б – в области СЧ

Напряжение в схеме рис. 3.11,б – это падение напряжения на параллельном соединении сопротивлений и ( в схеме рис. 3.2,б) под действием тока генератора :

,

где напряжение между затвором и истоком, как видно из рис. 3.11,б, равно разности напряжений и , т.е.

.

Подставим это значение в выражение и после несложных преобразований получим

,

откуда следует

,

что значительно отличается от выражения (3.3).

Входное сопротивление в схеме рис. 3.3,в, учитывая, что со стороны затвора транзистор имеет очень большое сопротивление, равно сопротивлению , но в схеме рис. 3.2,б оно не будет равно , поскольку нижний вывод резистора подсоединен не к общей шине, а к точке соединения резисторов и . В связи с этим напряжение на резисторе ( ) будет равно разности между напряжением и напряжением в общей точке соединения резисторов , и :

( , поскольку ).

Таким образом, ток, протекающий через резистор , равен

,

а отношение , т.е. входное сопротивление, определяется выражением

.

Чтобы найти выходное сопротивление , необходимо определить выходной ток, который протекал бы под действием при отсутствии . Как видно из схемы рис. 3.11,б, этот ток равен сумме токов узла И:

,

где .

Из выражения для следует

.

Емкости и (через небольшое сопротивление ), как видно из рис. 3.11,а, включены параллельно и, как следует из выражения , параллельно , поэтому выходная емкость . Функция передачи каскада ОС имеет такой же вид, как и у каскада ОЗ, но только с совершенно другими значениями постоянных времени: значительно большей (за счет большого сопротивления ) и значительно меньшей (за счет малого сопротивления ), что дает широкую полосу пропускания (при этом ).