Вах транзистора представлен на рис. 2.4.2:

 

 

рис. 2.4.2. Вольтамперная характеристика полевого транзистора.

 

Для того, чтобы определить области допустимых положений рабочей точки, прежде всего построим линию нагрузки, исходя из заданной величины напряжения источника питания U_Пи сопротивления стока R_СЗатем на оси U_СИобозначим границы, обусловленные максимальной амплитудой напряжения сигнала U_ВЫХmax. Заметим, что пик напряжения U_СИможет вплотную подходить к U_П, но номинальное его значение, как правило, значительно больше 0. При малых значениях U_СИвыходные характеристики сгущаются около линии нагрузки, что ведет к сильным нелинейным искажениям выходного сигнала в этой области. Допустимая величина этих искажений и определяет выбор минимального значения U_СИи, наконец, получаем, что область допустимых положений рабочей точки, выделенная на линии нагрузки, будет находиться между границами, определяемыми величиной U_ВЫХmax.

Как только эта область найдена, соответствующая ей величина U_ЗИможет быть определена непосредственно из графика. В силу того, что цепь затвора и цепь источника входного сигнала представляют собой для постоянного тока от U_Празомкнутые цепи, напряжение U_ЗИ, снимаемое с части делителя равно:

 

U_ЗИ = R₂*U_П/(R₁ + R₂) (2.4.1)

 

При таком способе смещения нагрузкой генератора U_ВХявляется сопротивление , величина которого должна быть существенно больше эквивалентного сопротивления R_Г. На практике величина выбирается в диапазоне Ом. После того как выбрано для найденного значения U_ЗИпо зависимости (2.4.1) рассчитываются резисторы R₁и R₂.

Лекция № 17. Расчет усилителя на полевом транзисторе в режиме объединения.

 

План лекции.

 

1.     Эквивалентная схема усилителя;

2. Анализ основных параметров.

 

В отличие от рассмотренного выше режима обогащения полевые транзисторы в режиме обеднения, работающие в области линейного усиления, требуют противоположной полярности напряжения на затворе и стоке. В этом случае используется так называемое автоматическое смещение, которое обеспечивается путем соединения затвора с землей через большое сопротивление R_З, а также за счет включения в цепь истока сопротивления R_И(рис. 2.4.3).

 

рис. 2.4.3. Схема усилителя на полевом транзисторе в режиме обеднения.

 

 

Расчет цепи смещения проводится следующим образом. Сначала на семейство выходных характеристик транзистора строится нагрузочная прямая, наклон которой в предположении R_И<< R_Сравен - 1/R_С(рис. 2.4.4).

 

рис. 2.4.4. Выходные вольтамперные характеристики транзистора для графического расчета усилителя.

 

Затем на графике отмечаются минимальная и максимальная величина i_С. Минимальный ток вычисляется из соотношения

 

i_Сmin = U_ВЫХmax/R_C (2.4.2)

 

Максимально возможный ток стока в режиме обеднения наблюдается при U_ЗИ= 0. Поэтому максимальный ток i_Сminв рабочей точке транзистора можно получить, если из тока стока, определяемого точкой пересечения нагрузочной прямой с выходной характеристикой при U_ЗИ= 0, вычесть величину U_ВЫХmax/R_C

Выделенный между i_Сmaxи i_Сminотрезок линии нагрузки представляет собой область допустимых положений рабочей точки. Выберем теперь в этой области рабочую точку и пусть она соответствует . Т.к. через сопротивление R_Зток практически не протекает, то напряжение на нем равно 0 и поэтому будет равно падению напряжения на резисторе R_И. Поэтому для определения сопротивления R_Иможно воспользоваться следующим выражением:

 

(2.4.3)

 

где  – ток стока в рабочей точке.

(R_Зобычно выбирается в пределах единиц мегома).

Описанный подход расчета справедлив, если величина R_И<< R_С. Если же R_Итого же порядка или больше R_С, то значение и необходимо проверить следующим образом. Проведем новую линию нагрузки с наклоном - 1/(R_И+ R_С). Новые значения i_Сmaxи i_Сminопределяются также как это делалось выше. В результате на новой линии нагрузки получим новую область допустимых положений рабочей точки. Если соответствующая значению характеристики пересекают эту область, то можно считать, что цепь смещения рассчитана правильно. Если не пересекает, то следует выбрать другую рабочую точку и чтобы соответствующая им характеристика транзистора пересекала новую рабочую область (рис. 2.4.5)

 

рис. 2.4.5. Графический выбор рабочей точки.

 

Затем, вычислив из выражения (2.4.3) новое значение R_И, проверим, не отклонилась ли линия нагрузки настолько, что ее рабочая область опять не пересекается с выбранной характеристикой. В большинстве случаев, для того, чтобы правильно рассчитать цепь смещения, достаточно бывает сделать не более двух шагов.

Лекция № 18. Анализ и расчет основных параметров схем на полевых транзисторах.

 

План лекции.

 

1.     Анализ усилителя в режиме обеднения;

2.     Анализ усилителя в режиме обогащения;

3.     Истоковый повторитель.

 

Проведем анализ и рассчитаем основные параметры схемы усилителя на полевом транзисторе, работающем в режиме обогащения (рис. 2.4.1).

Для этого воспользуемся П-образной моделью транзистора. На входе усилителя действует источник сигнала U_ВХс эквивалентным внутренним сопротивлением R_Г. Сигнал поступает на транзистор через конденсатор связи С₁. Будем считать, что емкость этого конденсатора достаточно велика, так что для изменяющегося во времени сигнала U_ВХон представляет собой короткое замыкание, а для постоянного тока – разрыв цепи. Благодаря этому весь ток от источника питания U_Ппротекает только через резисторы R₁и R₂и определяет его рабочую точку. Между стоком и источником питания U_Пвключено сопротивление нагрузки R_С, с которого через второй конденсатор связи C₂снимается усиленный сигнал. Этот конденсатор изолирует входную цепь следующего каскада от постоянной составляющей тока, протекающего через R_С. Исходя из этого эквивалентную схему усилителя (в режиме малого сигнала) можно представить в следующем виде (рис. 2.4.6).

рис. 2.4.6. Эквивалентная схема усилителя.

 

Найдем коэффициенты усиления схемы K_U. Для выходной цепи можно записать:

 

U_ВЫХ = - g*R_С*U_ЗИ (2.4.4)

 

Для входной цепи запишем уравнение вида:

 

(2.4.5)

Подставляя (2.3.2) в (2.3.1) получаем

 

(2.4.6)

Т.к. на практике

 

и   (2.4.7)

то

K_U = - g*R_С (2.4.7а)

 

Определим теперь входное и выходное сопротивления усилителя по переменному току. Входное сопротивление R_ВХпредставляет собой эквивалентное сопротивление цепи, включающей резисторы R₁, R₂, r_ЗИ.

Из схемы рис. 2.4 1 можно записать, что

 

(2.4.8)

 

или, учитывая (2.4.7)

 

(2.4.8а)

 

Выходным сопротивлением R_ВЫХназывается эквивалентное сопротивление усилителя со стороны выходных клемм. Для расчета этого сопротивления обратимся к схеме рис. 2.4.7.

рис. 2.4.7. Эквивалентная схема усилителя для определения выходного сопротивления.

 

Эквивалентное выходное сопротивление определяется путем приложения к выходу некоторого напряжения U_ИЗМи вычисления тока i_ИЗМ, когда источники входного напряжения замкнуты, т.е. U_ВХ= 0, а источники тока разомкнуты.

Т.к. U_ВХ= 0, то U_ЗИ= 0 и i_С= - g*U_ЗИ= 0.

Следовательно,

 

i_ИЗМ = U_ИЗМ/R_С

 

и выходное сопротивление по переменному току равно

 

R_ВЫХ = U_ИЗМ/i_ИЗМ = R_С (2.4.9)

 

По аналогии теперь проведем анализ схемы усилителя на полевом транзисторе, работающем в режиме обеднения (рис. 2.4.3). Эквивалентная схема усилителя в этом случае будет иметь вид (рис. 2.4.8):

рис. 2.4.8. Эквивалентная схема усилителя.

 

U_ВЫХ = - g*R_С*U_ЗИ

 

 

 

(2.4.10)

 

или, учитывая, что

 

(2.4.11)

 

(2.4.10а)

 

(2.4.12)

 

или с учетом (11)

R_ВХ  R_З  R_ВЫХ = R_С