Лекция 13. Работа полевого транзистора в режиме нагрузки. Схема однокаскадного усилителя. Влияние температуры. Частотные и шумовые характеристики

13.1. Работа полевого транзистора в режиме нагрузки

Принцип работы полевого транзистора в режиме нагрузки аналогичен рассмотренному в разделе 6.1 для биполярного транзистора. Однако схема однокаскадного усилителя на полевом транзисторе с управляющим p-nпереходом, представленная на рис. 13.1, имеет некоторые особенности.

Рис. 13.1. Схема однокаскадного усилителя ОИ на полевом транзисторе с управляющим p-nпереходом

Поскольку транзистор требует отрицательного напряжения на затворе относительно стока, а источник питания Ес однополярный, применяется цепь автоматического смещения на резисторахR_смиR_и. Падение напряжения на резистореRи «переносится» на затвор черезR_смпрактически без потерь, так как постоянная составляющая тока затвора пренебрежимо мала. Таким образом, между затвором и истоком образуется отрицательное напряжение смещения. Рассмотрим порядок расчёта цепи автоматического смещения. На рис. 13.2 представлены статические характеристики, на которых построена нагрузочная прямая.

Рабочая точка выбрана для класса усиления А (U_си= 6 В,I_с= 6 мА). Перенесём рабочую точку на сток – затворную характеристику.

Получим U_зи= -2В.

Чтобы получить такое напряжение смещения при токе I_с= 6 мА, следует установить в цепи истока транзистораОм.

Рис. 13.2. Графический анализ работы усилителя ОИ

Конденсатор Си служит для шунтирования резистора R_ипо переменному току с целью предотвращения снижения коэффициента усиления по напряжениюK_U. Максимально возможный коэффициент усиления в такой схеме

. (13.1)

Входное сопротивление усилителя зависит от R_см, величина которого может быть выбрана от единиц кОм до нескольких МОм.

Полевые транзисторы с индуцированным каналом, у которых на затвор подаётся положительное относительно истока напряжение, требуют установки делителя напряжения из резисторов смещения (рис. 13.3).

Рис. 13.3. Схема однокаскадного усилителя ОИ на полевом транзисторе с индуцированным каналом

Напряжение смещения +U_зиустанавливается в соответствии с выбранной рабочей точкой. Входное сопротивление усилителя определяется как результат параллельного соединенияR_cм1иR_см2.

Полевые транзисторы с встроенным каналом могут работать при нулевом смещении на затворе, поэтому в схеме усилителя на таком транзисторе не нужны резисторы смещения, а также можно исключить и разделительный конденсатор на входе.

Такая схема применяется для усиления слабых сигналов радиочастоты, когда требуется получить минимум шумов.

13.2. Влияние температуры на работу полевого транзистора

При повышении температуры у полевых транзисторов:

- возрастает обратный ток управляющего p-nперехода, вследствие чего снижается входное сопротивлениеr_вх;

- уменьшается ширина управляющего p-nперехода, поэтому возрастает ширина канала и увеличивается ток стока;

- снижается подвижность носителей зарядов, что уменьшает ток стока.

Два последних явления могут компенсировать друг друга, и в некоторой точке сток - затворной характеристики ток стока практически не будет зависеть от температуры (термостабильная рабочая точка).

На рис. 13.4. представлены изменения сток - затворных характеристик полевых транзисторов с управляющим p-nпереходом и изолированным затвором (индуцированный канал) в зависимости от температуры.

а)	б)

Рис. 13.4. Изменения сток - затворных характеристик полевого транзистора в зависимости от температуры:

а - с управляющим p-n переходом; б- с изолированным затвором (индуцированный канал)

У полевого транзистора с управляющим p-n переходом точка термокомпенсации отстоит от напряжения отсечки примерно на 0,8 В, а значение тока стока при этом лежит в пределах 0,1…1 мА.

У транзистора с изолированным затвором с ростом температуры уменьшается подвижность зарядов, но возрастает ионизация поверхностных состояний подзатворной области подложки. В результате эти факторы компенсируют друг друга, и ток стока в термостабильной точке лежит в пределах 0,05…0,5 мА.

Наличие термостабильной точки позволяет создать на основе полевого транзистора суправляющимp-n переходом схему генератора тока (рис. 13.5).

Рис. 13.5. Генератор тока на полевом транзисторе с управляющим p-n переходом

Сопротивление резистора R_ивыбирается таким образом, чтобы при протекании токаI_странзистор устанавливался в термостабильную рабочую точку. Такой генератор тока применяют в дифференциальном усилителе вместо резистораR_э(см. раздел 11.4).