7. Усилители и ключевые схемы на полевых транзисторах
Полевые транзисторы широко применяются в качестве усилительных и ключевых элементов разнообразных устройств электронной техники. Это обусловлено их существенными преимуществами по сравнению с биполярными транзисторами, а именно: высокое входное сопротивление, малое различие между входным и выходным сопротивлением, что дает возможность получить значительно болшее усиление по мощности, и облегчает согласование каскадов между собой.
Так же, как и биполярные транзисторы, усилители на полевых транзисторах могу иметь три способа включения: с общим истоком (ОИ), с общим затвором (ОЗ и с общим стоком (ОС), которую называют истоковым повторителем по аналогии с эмиттерным повторителем.
На рисунках 23 (а, б, в) даны схемы усилителей на транзисторе с управляющим «р- n » переходом и каналом n -типа: ОИ (23,а), ОС (23,б) и ОЗ (23,в) .
У полевого транзистора с управляющим «р- n » переходом напряжение на стоке и затворе имеют разные знаки , поэтому при использовании одного источника постоянного напряжения необходимое напряжение на затворе получают с помощью цепи автоматического смещения.
В схемах с ОИ и ОС в цепь истока включен резистор RИ ( в схеме с ОС он является нагрузкой). Ток истока создает на нем падение напряжения IИRИ. Так как ток затвора IЗ =0, то затвор получает смещение UЗИ = - IИRИ. В схеме с ОИ параллельно резистору RИ включают конденсатор СИ, который шунтирует RИ по переменному току, обеспечивая постоянное напряжение смещения при переменном входном сигнале. Во всех схемах усилителей источник питания шунтируется емкостью.
Рисунок 23,а Схема с ОИ Рисунок 23,б Схема с ОС
Рисунок 23,в Схема с ОЗ
Соотношение параметров схем усилителей с ОИ, ОС и ОЗ аналогичны соотношению параметров схем усилителей на биполярных транзисторах с ОЭ, ОК и ОБ.
Наиболее часто используется схема с ОИ. Коэффициент усиления напряжения в этой схеме:
КU = S· (R СИ RС / RСИ + RС), где
S - крутизна транзистора,
R СИ - дифференциальное сопротивление канала,
RС - сопротивление резистора в цепи стока.
Если учесть, что RС >>RСИ , то КU = S· R СИ . Таким образом, усиление каскада зависит от крутизны транзистора.
Выбор рабочей точки для усилителя аналогичен биполярным транзисторам. Он определяется получением максимального выходного напряжения при изменении входного напряжения на затворе.
Транзисторы МДП-типа с изолированным затвором и индуцированным каналом имеют одинаковую полярность напряжений стока и затвора. Поэтому питание затвора получают от делителя напряжения аналогичного схеме смещения с фиксированным напряжением у биполярных транзисторов.
На рисунке 24 представлена схема усилителя с ОИ на МДП – транзисторе с индуцированным затвором и с каналом n –типа.
Транзисторы со встроенным каналом могут работать при смещении на затворе UЗ=0. Это является преимуществом, так как резисторы в цепи смещения шунтируют вход схемы, уменьшая его сопротивление.
В ключевых схемах применяют преимущественно МДП-транзисторы с индуцированным каналом, включенных по схеме с ОИ. Если входное напряжение меньше порогового, транзистор закрыт (ключ разомкнут). Если напряжение на входе существенно превышает пороговое, транзистор открывается (ключ замкнут). Для снижения значения остаточного напряжения на стоке транзистора в замкнутом состоянии, необходимо увеличивать сопротивление резистора в цепи стока.
Рисунок 24 Усилитель с ОИ