10.4. Типовые схемы включения полевых транзисторов и их параметры

Как и биполярные транзисторы, полевые транзисторы используются в трех основных схемах включения (рис. 10.14): с общим истоком (ОИ), с общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ).

Схемным аналогом усилительного каскада с общим эмиттером является каскад с ОИ, схема которого на транзисторе с управляющим pn-переходом приведена на рис. 10.26.
	Рис. 10.26

Входное сопротивление полевого транзистора очень велико и составляет сотни МОм. Поэтому входное сопротивление каскада с ОИ будет определяться сопротивлением резистора в цепи затвора. Сопротивлениевключается для обеспечения гальванической связи затвора с общей заземленной шиной. Сопротивлениевыбирается таким образом, чтобы, с одной стороны, как можно меньше шунтировать большое входное сопротивление транзистора, а с другой – не создавать заметного падения напряжения от протекания черезтока утечки обратносмещенного управляющегоpn-перехода. Обычно выбирают. Большое входное сопротивление является достоинством каскада с ОИ на полевом транзисторе при использовании его в качестве входных каскадов усилителей напряжения, так как позволяет наиболее полно обеспечить условие значительного превосходства входного сопротивления над сопротивлениемисточника входного сигнала.

Резистор в цепи стока служит для ограничения тока стокаи обеспечения работы транзистора в рабочей области его статических характеристик. Из четырехполюсной модели полевого транзистора следует, что ток стока зависит от напряжений на электродах и внутренних параметров транзистора:. Поскольку, то после подстановок и преобразований получаем:

. (10.3)

Коэффициент усиления каскада с ОИ по напряжению равен по определению отношению напряжений или. Подставляя в это отношение выражение (10.3) и преобразуя, получим:

. (10.4)

Знак минус в правой части выражения (10.4) показывает, что выходное напряжение каскада с ОИ находится в противофазе с входным напряжением. Поскольку на пологом участке выходной статической характеристики ток стока практически не изменяется, то. В связи с этим выражение (10.4) можно упростить

. (10.5)

Наличие емкостей иобуславливает существование частотной зависимости коэффициента усиления по напряжению:

или в операторной форме

,

где определяется в соответствии с выражением (10.5),, а. Если, то верхняя рабочая частотаопределяется только:. Не учитываяи подставляя приведенные ранее зависимости, получим.

Выходное сопротивление каскада с ОИ находится в соответствии с выражением:

. (10.6)

Таким образом выходное сопротивление каскада определяется сопротивлением резистора в стоковой цепи полевого транзистора и составляет обычно единицы кОм при использовании транзистора с управляющимpn-переходом и МДП-транзистора с индуцированным каналом и десятки кОм для МДП-транзистора со встроенным каналом.

Коэффициент усиления по токукаскада с ОИ может быть выражен через коэффициент усиления по напряжениюи входное и выходное сопротивления каскада:. Подставляя в эту формулу приведенные ранее зависимости, получим выражение для коэффициента усиления по току:

. (10.7)

Наконец, поскольку коэффициент усиления по мощности равен, то

. (10.8)

Таким образом, каскад с ОИ обеспечивает значительное входное сопротивление ; меньшее, чем, выходное сопротивление; достаточно большое усиление по току, напряжениюи мощности.

Схемным аналогом каскада с общим коллектором (эмиттерного повторителя) на биполярных транзисторах является каскад с общим стоком (истоковый повторитель) на полевых транзисторах. Схема каскада с общим стоком (ОС) на транзисторе с управляющим pn-переходом приведена на рис. 10.27.
	Рис. 10.27

Входное сопротивление каскада с ОС равно . Поскольку входное сопротивление полевого транзистораочень велико и составляет сотни Мом, то

. (10.9)

Выходное сопротивление каскада с ОС равно . Поскольку выходное сопротивление полевого транзистораравно минимальному сопротивлению канала, которое достигается при, т.е. при максимальной крутизне характеристики передачи, то. Отсюда следует, что

. (10.10)

Коэффициент усиления по напряжению определяется в соответствии с выражением

. (10.11)

При коэффициент усиления по напряжению. Это означает, что входное и выходное напряжения совпадают по фазе и приблизительно одинаковы по величине, откуда и происходит название каскада – истоковый повторитель.

Коэффициент усиления по токукаскада с ОС, следовательно, и коэффициент усиления по мощности.

Входная емкость каскада с ОС , что существенно (враз) меньше входной емкости каскада с ОИ. В связи с этимвраз и, что говорит о более широком частотном диапазоне каскада с ОС, чем каскада с ОИ.

Таким образом, каскад с ОС обеспечивает значительное входное сопротивление ; небольшое выходное сопротивление; повторение на выходе входного напряжения по величине и фазе и более широкий частотный диапазон, чем каскад с ОИ.

Каскад с ОС в основном используется как согласующий каскад (согласование сопротивлений без изменения амплитуды сигнала) в усилительных схемах, например, для согласования выхода источника входного сигнала с входом усилителя.

Схемным аналогом каскада с общей базой на биполярных транзисторах является каскад с общим затвором на полевых транзисторах. Схема каскада с общим затвором (ОЗ) на транзисторе с управляющим pn-переходом приведена на рис. 10.28.
	Рис. 10.28

Каскад с ОЗ имеет входное сопротивление . Посколькудля схем с ОИ и ОС, то, что ограничивает применение каскада с ОЗ.

Так как входной ток практически равен выходному, то . Коэффициент усиления по напряжению, коэффициент усиления по мощности тоже, но.

Выходное сопротивление каскада с ОЗ .

Заканчивая рассмотрение полевых транзисторов, следует отметить, что в каждом из двух (с управляющим pn-переходом и МДП) типов помимо рассмотренных используются и другие разновидности полевых транзисторов:

- с управляющим pn-переходом и с вертикальным каналом;

- с управляющим pn-переходом и барьером Шоттки;

- с управляющим pn-переходом на арсениде галлия;

- МДП с коротким каналом на высокоомной подложке;

- МДП, изготовленные по методу двойной диффузии;

- МДП с вертикальным каналом;

- МДП на арсениде галлия.