Построение усилительных каскадов на полевых транзисторах.

В полевых транзисторах перенос тока осуществляется основными носителями, а управле­ние током происходит за счет воздействия поперечного электричес­кого поля, создаваемого усиливаемым напряжением, приложенным к управляющему электроду - затвору. Полевые транзисторы обладают рядом преиму­ществ: низкой входной проводимостью, широким диапазоном рабочих температур и простотой изготовления. Принцип действия полевых транзисторов заключается в изменении сопротивления канала, через который перемещаются носители заряда от истока к стоку. По спосо­бу образования канала и изменения его ширины эти транзисторы мож­но разделить на три группы. К первой относятся транзисторы с уп­равляющим р-n-переходом, у которых ширина канала модулируется за счет изменения запирающего напряжения на р-n-переходе канал-зат­вор. Остальные две группы составляют транзисторы с изолированным затвором, отделенным от канала тонким слоем диэлектрика. Они имеют структуру металл - диэлектрик - полупроводник и называются МДП-транзисторами. Ко второй группе относятся МДП-транзисторы со встроенным каналом, а к третьей - индуцированным каналом.

Полярность смешения на затворе для транзисторов первой группы должна быть отрицательной, для третьей группы - положительной. Транзис­торы второй группы могут работать при любом смещении на затворе. Подложку часто замыкают на исток. При использовании транзисторов с каналом n-типа соответственно меняются полярности питающих нап­ряжений.

Рис.3.2. Характеристики полевого транзистора с управляющим р-n-переходом каналом n-типа:

а- выходная; б-проходная.

Ток затвора у всех типов полевых транзисторов очень мал. Значение этого тока в транзисторах с управляющим р-n-переходом не превышает долей микроампера, а в МДП-транзисторах - долей пикоампера.

Усилительные свойства полевого транзистора, как и электронных ламп, характеризуются крутизной тока стока S проходной характеристики (рис.3.2,б). Выход­ная характеристика полевого транзистора при малых значениях нап­ряжения стока U_симеет омический участок. На этом участке харак­теристики полевые транзисторы могут быть использованы как управ­ляемые резисторы (рис.3.2,а). При дальнейшем увеличенииU_снасту­пает насыщение тока, сопротивление канала становится очень большим. Ток стока будет зависеть только отU₃.

Вывод от подложки в МДП-транзисторах может быть использован как дополнительный управляющий электрод, так как напряжение на подложке влияет на ток стока. Принципиальная схема усилителя на полевом транзисторе с каналом n-типа приведена на рис.3.3.

Рис.3.3. Принципиальная схема усилителя на полевом транзисторе

В усилителях на полевых транзисторах используется способ автоматического смещения (элементы R_и,С_и). Остальные элементы схемы имеют те же назначения, что и в усилителях на электронной лампе.

3.4. Работа электронной лампы и полевого транзистора в схеме аэу.

Рассмотрим принцип работы усилителей, приведенных на рис.3.1., 3.3. В этих схемах напряжение усиливаемого сигнала приложено между управляющим электродом и общим электродом последовательно с постоянным напряжением смещения. В выход­ную цепь включены нагрузочное сопротивлениеи источник пита­нияЕ. До моментаt₁считаем, чтоU_вх=0. Следовательно, в выходной цепи усилителя протекает только постоянная составляющапя токаI_с0 (см. рис.3.4.2) Потенциал стока определяется выражениемU_co=E-I_coR_н

Под действием переменного напряжения входного сигнала в выходной цепи происходит изменение тока. При положительной полярностиU_вх мгновенное значениеU_зуменьшается, вследствие чего транзистор приоткрывается, ток выходной цепиувеличивается. Этот ток соз­дает на резисторепадение напряженияU_Rн(t)=i_вых(t)R_н, пе­ременная составляющая которого представляет собой усиленное нап­ряжение сигнала.

Практически усиленное выходное напряжение обычно снимается с резистораи источника питания. Это вызывается необходимостью заземления одного из электродов усилительного эле­мента, а также стремлением использовать общий источник для пита­ния цепей выходных каскадов. В этом случае выходное напряжение определяется следующим выражением

. (3.2)

При увеличении выходное напряжениеуменьшается. Следовательно, переменные напряжения на входе и на выходе в усилителях с общим катодом и истоком оказываются противофазными (рис.3.4). Действительно, при возрастании мгновенного входного напряжения выходной ток увеличивается, падение напряжения U_Rнвозрастает и вы­ходное напряжение уменьшается. Таким образом, рассматриваемые схемы меняют фазу усиливаемого сигнала на 180.

Рис.3.4. Графики напряжений и токов в цепях усилителя: 1 – на управляющем электроде; 2- ток в выходной цепи; 3 – напряжения в выходной цепи.