3.3.1. Формирование режимных потенциалов в простейшем усилителе с общим истоком

Токовое зеркало представляет практически универсальный метод создания постоянных режимных смещений на затворы транзисторов. Ниже этот метод использован для формирования постоянных рабочих смещений на затворах усилителя ПЕРЕМЕННОГО тока с общим истоком (см. рис. 3.16).

Рис. 3.16. Усилитель переменного тока (выделен пунктиром).

На рис. 3.16 через p-канальный транзистор течет известный постоянный базовый режимный ток. Транзисторгенерирует зеркальный ток, величинакоторого равна:

(3.57)

Ток течет через диод, на котором напряжениеравно:

(3.58)

Постоянное напряжение через резисторподается на затвор входного транзистораусилителя с общим истоком и активной нагрузкой (усилитель обведен пунктиром). На затвор нагрузочного транзисторас диодаподается тот же потенциал, что на затвор транзистора. Если ширины каналов пар транзисторовипропорциональны, т.е выполняется соотношение

(3.59)

то, ввиду равенства потенциалов на затворах и истоках, а, согласно (3.59), – также одинаковых значений плотностей токов на единицу ширины канала в каждой паре транзисторов, потенциалы стоков транзисторов в каждой паре также одинаковы, т.е. , ирежимные токи в обоих транзисторах усилителя одинаковы, что необходимо для адекватной его работы.

Поскольку затвор входного транзистора усилителя обязан бытьгальванияески связанным с диодом , то, в связи с низким выходным сопротивлением этого диода, между ним и затвором помещен высокоомный резистор, не мешающий передачи постоянного потенциала диодана затвор транзистора. Развязка по постоянному току входной цепи усилителя с общим истоком и цепи входного сигнала производится включением между ними разделительного конденсатора. Достаточно высокое значение сопротивленияобеспечивает близкий к единице коэффициент передачи делителяот входав узел А, т.е. на затвор входн транзистора. Другими словами, собственная частота действительного полюсадолжна быть много меньше минимальной частотынизкочастотной части спектра входного сигнала.

3.4. Истоковый повторитель

Рассмотрим истоковый повторитель напряжения, как еще одну простейшую базовую схему с низким выходным сопротивлением. Истоковый повторитель напряжения изображен на рис. 3.17(а). Входной сигнал подается на затвор транзистора. Транзисторс постоянным напряжениемна затворе выполняет роль генератора режимного тока. Выходное напряжение определяется, в первом приближении, очевидно, по формуле:

Рис. 17. Истоковый повторитель напряжения: (а) электрическая схема; (b) зависимости выходного напряжения в истоковом повторителе от входного.

(3.60a)

Пороговое напряжение транзистора с учетом напряжениямежду истоком и подложкой определяется из следующего выражения (см. главуII):

(3.60b)

Из (3.60a) следует, что изменение в общих чертах «повторяет»изменение , т.е. «повторяет» переменную составляющую. Рисунок 3.18 иллюстрирует зависимостиот(передаточные характеристики истокового повторителя) для различных случаев, в том числе гипотетических. Как следует из анализа (3.60a), а также очевидно из рис. 3.17(b), дифференциальный коэффициент передачи истокового повторителя меньше единицы. Отличие его от единицы определяется не только зависимостью порогового напряжения от смещения истока относительно подложки, но также явствует из анализа передаточной функции, которую получаем даже из упрощенной (не учитывается влияние подложки, как второго затвора) эквивалентной малосигнальной схемы истокового повторителя на рис. 3.19(а).

Рис. 3.18 . Передаточные характеристики истокового повторителя.

Уравнение Кирхгофа:

(3.61а)

В выражении (3.61а):

(3.61b)

Передаточная функция истокового повторителя:

(3.62)

Как видно, чем больше значения и, тем ближедифференциальный коэффициент передачи повторителя к единице.

Рис. 3.19. Эквивалентные малосигнальные схемы истокового повторителя: (а) для расчета малосигнальной передаточной характеристики; (b) для расчета выходного сопротивления.

С учетом (3.49) выражение (3.62) упрощается:

(3.63)

Выражения (3.63) и (3.62) по форме аналогичны выражению (1.8) для передаточной функции простейшей интегрирующей RC цепочки, что дает основание в (3.63) и (3.62) назвать параметр выходным сопротивлением истокового повторителя. Прямой расчет выходного сопротивления истокового повторителя проведен в следующем разделе.