
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 Uсимеет омический участок. На этом участке характеристики полевые транзисторы могут быть использованы как управляемые резисторы (рис.3.2,а). При дальнейшем увеличенииUснаступает 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 Rи,Си). 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
сопротивление
и
источник питанияЕ. До моментаt1считаем, чтоUвх=0.
Следовательно, в выходной цепи усилителя
протекает только постоянная составляющапя
токаIс0 (см. рис.3.4.2) Потенциал
стока определяется выражениемUco=E-IcoRн
Под
действием переменного напряжения
входного сигнала
в
выходной цепи происходит изменение
тока
.
При положительной полярностиUвх
мгновенное значениеUзуменьшается, вследствие чего транзистор
приоткрывается, ток выходной цепи
увеличивается.
Этот ток создает на резисторе
падение
напряженияURн(t)=iвых(t)Rн,
переменная составляющая которого
представляет собой усиленное напряжение
сигнала.
Практически
усиленное выходное напряжение
обычно
снимается с резистора
и
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
напряжение
уменьшается.
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 URнвозрастает 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.