8.4. Задание режима по постоянному току каскадов на полевых транзисторах

Обеспечение режима по постоянному току осуществляется различными способами в зависимости от того, какой транзистор используется в схеме усилителя. Для каскадов на полевых транзисторах с управляющим р-п- переходом можно задать режим по постоянному току, используя дополнительный источник питания (рис. 8.16) или же применить автоматический способ задания режима по постоянному току (рис. 8.17).

Рис. 8.16	Рис. 8.17

Величина резистора R₃ выбирается в пределах нескольких мегаом, а в цепи истока рассчитывается из условия R_И = U_зи/I_и  U_зи/I_c. Величина U_зи соответствует напряжению на затворе в рабочей точке.

Для транзисторов с индуцированным каналом для задания режима можно использовать делитель в цепи затвора, подключенный либо к источнику питания или же в цепь стока транзистора рис. 8.18, 8.19.

Рис. 8.18	Рис. 8.19

Последний способ обеспечивает более высокую стабильность положения рабочей точки, но коэффициент усиления каскада уменьшается вследствие наличия отрицательной обратной связи.

Для каскадов на полевых транзисторах со встроенным каналом можно применить дополнительный источник питания и в зависимости от его полярности рабочая точка может находиться либо в режиме обогащения, либо в режиме обеднения рис. 8.20. При наличии одного источника питания используется автоматический способ задания рабочей точки и, кроме того, может устанавливаться делитель в цепи затвора рис. 8.21.

Рис. 8.20 Рис. 8.21

Следует отметить, что полевые транзисторы имеют температурно-независимую рабочую точку, поэтому при жестких требованиях рабочий режим должен задаваться в этой точке.

После того как задан режим по постоянному току и выбрана рабочая точка, графоаналитическим методом проводится расчет каскада на биполярном или полевом транзисторе по переменному току.

8.5. Графоаналитический расчет одиночного усилительного каскада

Рассмотрим схему, в которой в выходную цепь транзистора включается сопротивление нагрузки рис. 8.22.

Д

Рис. 8.22

ля выходной цепи можно составить следующее уравнение

или . (8.35)

Последнее выражение представляет собой прямую линию и называется уравнением нагрузочной прямой. Обычно она строится на выходных характеристиках транзистора в области безопасных режимов его работы. Для определения области безопасных режимов необходимо знать предельно допустимые параметры транзистора: P_к max, U_кэ max, I_к max. Вначале строится график кривой допустимой мощности I_к = f(U_к) при P_к.max= const.: , рис. 8.23.

На рис. 8.23 кривая допустимой мощности ограничена вверху максимальным током I_к max, справа – предельным напряжением U_кэ max.

Рис. 8.23

Нагрузочная прямая строится по двум точкам: по оси ординат откладывается ток , по оси абсцисс – напряжение U_ип. Точки пересечения нагрузочной прямой со статическими характеристиками дают рабочую точку.

Для неискаженного усиления размах выходного сигнала ограничивается внизу точкой, соответствующей режиму отсечки «В», а вверху – режимом насыщения (точка «С»). Посередине этого линейного участка выбирается рабочая точка «А», соответствующая активному режиму. Амплитуду выходного тока и напряжения можно определить графически:

, (8.36)

. (8.37)

Мощность переменного сигнала на выходе:

. (8.38)

Мощность, рассеиваемая на коллекторе в режиме покоя:

. (8.40)

Коэффициент полезного действия коллекторной цепи:

. (8.41)

Входная статическая характеристика необходима для расчета параметров входной цепи (рис. 8.24).

Рис. 8.24

На входные характеристики переносятся с выходных точки А, В, С, D, F, затем строится входная рабочая характеристика (штрихпунктирная линия) по точкам A’, B’, C’, D’, F’.

Амплитуды полуволн входного тока и напряжения получим из данного графика:

, . (8.43)

Мощность входного переменного сигнала:

. (8.44)

Усиление по току, напряжению и мощности:

, (8.45)

, (8.46)

. (8.47)

Входное сопротивление:

. (8.48)

Выходное сопротивление:

. (8.49)

Аналогично проводятся расчеты для схемы включения с общей базой.