6. Усилитель с общим затвором

Принципиальная схема усилительного каскада с общим затвором (ОЗ) показана на рис.22. Здесь входной сигнал подается на сопротивлениеR_и, включенное между истоком и затвором полевого транзистора. СопротивлениеR_ииспользуется для создания отрицательного смещения на затвор и не может быть большим (R_иR_с). Поэтому входное сопротивление каскада невелико. При поступлении положительного периода входного напряженияU_вхна исток, на затвор попадает отрицательная полуволна этого напряжения, и ток стока уменьшается. Напряжение на стоке увеличивается, так как падение напряжения наR_спри этом уменьшается (U_си=ЕIR_сIR_и). Переменная составляющая тока стокаI_с=S_dU_вх. Оценка входного сопротивления каскада дает:. ПриS_d=5мА/В сопротивлениеR_вх=200ОМ.

Коэффициент усиления каскада по напряжению на средних частотах . Так как обычно1, то коэффициент усиления каскада с общим затвором примерно такой же, как у каскада с общим истоком. Выходное сопротивление каскада с ОЗR_выхR_с, т.е. большое.

В усилителе с ОЗ имеется параллельная ООС по току. Действительно, при повышении входного напряжения и увеличения за счет этого потенциала истока, ток стока уменьшается и в соответствии с этим уменьшается падение напряжения на сопротивлении R_и. Таким образом, напряжение наR_иувеличивается за счет входного сигнала и уменьшается за счет уменьшения тока стока, т.е. имеет место ООС.

Наличие ООС расширяет полосу пропускания в области высоких частот, поэтому схема с ОЗ используется в качестве усилителя напряжения на высоких частотах. Широкое применение нашли также резонансные усилители с ОЗ, обладающие высокой устойчивостью работы.

7. Экспериментальная часть

В комплект экспериментальной установки входят: набор макетов исследуемых усилителей на полевых транзисторах, источник питания макетов +12В, генератор Г3–112/1, два вольтметра В3–38А и осциллограф С1–77 (или аналогичные приборы). На передней панели лабораторного макета изображены схемы исследуемых усилителей. В левой нижней части макета расположены две пары входных гнезд Х1 усилителей. Одна пара используется для подключения выхода генератора, т.е. для подачи входного напряжения, а вторая – для подключения электронного вольтметра, измеряющего входное напряжение. В правой нижней части макета находятся две пары выходных гнезд Х2 для подключения электронного вольтметра, осциллографа и внешних нагрузок. В правой верхней части имеются гнезда Х3 для подачи напряжения питания. Блок – схема установки приведена на рис.23.

Методика выполнения работы:

Подача напряжения на все приборы и включение приборов производиться после проверки схемы преподавателем или инженером.

1. Получить задание по выполнению лабораторной работы у преподавателя и макеты исследуемых усилителей у инженера.

2. С помощью двухпроводного кабеля соединить клеммы питания макета с клеммами выхода источника питания. Внимание, необходимо соблюдать полярность источника питания!После включения источника питания на макете должен зажечься светодиодный индикатор.

3. С помощью соединительных кабелей подключить к входу усилителя генератор и вольтметр, а к выходу – вольтметр и осциллограф (по заданию преподавателя). На генераторе установить минимальное выходное напряжение.Внимание! Выходной аттенюатор генератора Г3–112/1 “⊳dB” установить в положение 20dB. В этом случае выходное напряжение генератора ручкой плавной регулировки“ ”можно изменять от 0 до 1В. В положениях ручки переключателя “10dB” и “0dB” максимальное выходное напряжение генератора достигает 11в (U_амп=111.41=15.5В) и исследуемый усилитель может быть сожжен!Входной вольтметр установить на предел 1В, а выходной–на предел 3В. В процессе работы пределы измерения вольтметров придется переключать. После проверки схемы преподавателем (или инженером) подать напряжения на все приборы.

4. Снять амплитудные характеристики (АХ) U_вых=f(U_вх) при частоте генератораf=1000Гц. Входное напряжение изменять от 0 до 1000мВ через 50мВ. Первое измерение произвести приU_вх=0В.

Исследование усилителя с ОИ производится при различных входных конденсаторах, различных сопротивлениях в цепи стока, различных подключениях истока к общему проводу “”и различных внешних сопротивлениях нагрузки. Варианты включения элементов схемы задаются преподавателем. Для каждого исследуемого макета на одном листе построить графики амплитудных характеристик.

5. Снять амплитудно–частотные характеристики (АЧХ) усилителей U_вых=f(f) приU_вх=const. Для усилителя с ОИ снять АЧХ для всех вариантов схем, заданных преподавателем. НапряжениеU_вх выбрать в пределах линейного участка АХ (U_вх0.1В). При снятии АЧХ минимальная частота определяется наименьшей частотой используемого генератора (10 или 20Гц). Удобно при каждом следующем измерении примерно удваивать частоту. Например: 10 Гц; 20 Гц; 40 Гц; 80 Гц; 100 Гц; 200 Гц; 400 Гц, 800 Гц; 1000 Гц; 2000 Гц; 4000 Гц; 8000 Гц, 10000 Гц и т.д. Измерения можно заканчивать, если на высокой частотеU_вых уменьшится по сравнению сU_вых на средней частоте не менее, чем в два раза. Для каждого исследуемого макета построить все полученные АЧХ на одном листе в полулогарифмическом масштабе. По вертикальной оси откладыватьU_выхв вольтах, по горизонтальной оси –lgf. При этом оцифровка частот дается в герцах (кГц, МГц), как это показано на рис.24. По АЧХ определитьf_ниf_ви полосу пропускания усилителя. На графиках указать также величиныU_вх и R_с. АХЧ можно построить также в координатахK_U=f(f).

6. Для резонансного усилителя установить входное напряжение 50мВ и, изменяя частоту генератора, найти резонансную частоту усилителя. Вольтметр, измеряющий U_вых, поставить на предел 3В. ПриU_вх=50мВ снять АЧХ резонансного усилителя. Частоту изменять так, чтобы на резонансной кривой АЧХ было достаточно большое число точек вблизи резонанса. Построить график АЧХ.

На рисунках 2528 изображены передние панели макетов исследуемых усилителей с указанием номиналов используемых компонентов. В процессе эксплуатации макетов номиналы радиодеталей могут быть изменены.