Так как сопротивлениями С_ф, С_р и С_э можно пренебречь, то резисторы Д_к и Л,, оказываются включенными параллельно по переменной составляющей, которая создает на них напряжение:

U_2m = I_2mR₂ = g_21эU_1mR₂,

где R₂ =

Это напряжение оказывается в Ко = раз больше входного.

В этом и состоит эффект усиления. Для данного случая схема по переменному току будет иметь вид, показанный на рисунке 6.8.

Здесь с целью упрощения не показаны резисторы базового делителя, фильтра и цепи эмиттера, а конденсаторы Ср, Сф и Сэ, имеющие на средних частотах ничтожно малое сопротивление, изображены как проводники.

ОСОБЕННОСТИ УСИЛИТЕЛЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ С ОБЩИМ ИСТОКОМ

Типовая схема усилителя на полевом транзисторе с управляющим рn - переходом и каналом р - типа показана на рисунке 6.9.

Дадим краткую характеристику схемы: резистивный усилитель напряжения на полевом транзисторе с общим истоком, автоматическим напряжением смеще­ния, резисторно-емкостной связью с последующим каскадом и последователь­ным стоковым питанием.

• Ес — источник постоянного напряжения. За счет него обеспечивается увели­чение мощности сигнала, а также необходимые постоянные напряжения на электродах полевого транзистора.

• VT — усилительный прибор. Он преобразует энергию источника постоянного питания в энергию сигнала.

• Rс — резистор нагрузки полевого транзистора. На нем выделяется усиленнее напряжение сигнала, а также через него подается постоянное напряжение на сток.

• R_И – резистор смещения. Выделенное на нем постоянное напряжение прикладывается к частку затвор – исток.

• R₃ — резистор в цепи затвора. Через него подается напряжение смещения на затвор. Кроме того, этот резистор обеспечивает протекание, хотя и очень ма­лого, тока затвора. Этот ток создает на резисторе R₃ незначительное напряже­ние. Чтобы оно заметно не меняло смещение, максимально допустимая вели­чина R₃ оговаривается в справочнике на данный полевой транзистор.

• С_р — разделительный конденсатор. Он разделяет каскад усилителя и нагруз­ку по постоянному току и обеспечивает прохождение переменного тока сиг­нала.

• Rф, Сф — фильтр питания. Необходим для развязки каскадов по частоте сиг­нала, питающихся от одного источника.

• С_И — блокирующий конденсатор. Блокирует по частоте сигнала R_И и тем са­мым устраняет отрицательную обратную связь по переменному току.

• Rн, Cн - эквивалентное входное сопротивление последующего каскада.

Рисунок 6.9 – Принципиальная схема усилителя на полевом транзисторе с общим истоком

Рассмотрим протекание тока стока в статическом режиме. При включении постоянного источника Ес через полевой транзистор проте­кает ток стока Iс по следующей цепи (рисунок 6.9): +Ес корпус  RИ  исток – канал р – сток Rс Rф  -Ес. Ток стока 1С создает на RИ постоянное падение напряжения. Так как на рези­сторе Rз напряжение пренебрежимо мало, то напряжение URИ = IИRИ полностью прикладывается к участку затвор-исток и обеспечивает выбранную рабочую точку.

Стабилизация рабочей точки происходит следующим образом.

Пусть по каким-либо причинам возрос ток истока I_И. Соответственно увели­чивается напряжение U_RИ = I_ИR_И, равное напряжению U_ЗИ, а это приведет к су­жению канала и, следовательно, к уменьшению тока истока I_И, то есть его стаби­лизации.

Следует иметь в виду, что стабильность статических характеристик полевых транзисторов с управляющим pn - переходом значительно выше, чем у биполярных транзисторов, и дополнительные меры по стабилизации рабочей точки мо­гут потребоваться либо при очень широком диапазоне рабочих температур, ли­бо при жестких требованиях к стабильности постоянных напряжений, например, в усилителях постоянного тока. При этом схемотехнические решения повыше­ния уровня стабилизации не отличаются от тех, которые применяются для бипо­лярных транзисторов.

ДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ

Считаем, что статический режим обеспечен и ко входу усилителя приложено гар­моническое напряжение сигнала U₁. Это напряжение через конденсатор С_и при­кладывается к участку затвор-исток и управляет р-каналом.

Ток стока Iс становиться пульсирующим, то есть в его составе появляется пе­ременная составляющая, источником которой следует считать полевой транзи­стор.

Цепь протекания переменной составляющей тока стока Iс (рисунок 6.9):

Таким образом, на резисторе нагрузки выделяется напряжение сигнала, вели­чина которого

U₂= I₂R₂ = SU₁R₂,

где S — крутизна, a R₂ = .

Коэффициент усиления этого усилителя

составляет обычно единицы-десятки.

Входное сопротивление усилителя можно считать равным R_BXж R₃, и оно со­ставляет сотни кОм — единицы МОм, а выходное сопротивление R_Bblx  Rc — Де­сятки кОм.

Следовательно, по причине высокого входного сопротивления, такие усили­тели удобно применять в качестве входного каскада, работающего от высокоомного источника сигнала.

ВЫВОДЫ:

1. Коэффициент усиления в области средних частот не зависит от частоты: К_о =g_21ЭR₂, что является следствием пренебрежимо малого влияния на него ем­костей конденсаторов С_р и С_н.

2. Коэффициент усиления можно изменять либо путем подбора транзистора и рабочей точки (от этого зависит параметр g_21Э), либо путем изменения со­противления резистора R_K. Однако надо иметь в виду следующее: увеличение сопротивления резистора R_K требует увеличения напряжения источника по­стоянного питания, а также приводит к увеличению частотных искажений в области высоких частот (будет показано в дальнейшем).

2.5.2. Эмиттерный и истоковый повторители

Эмиттерным и истоковым повторителями называются каскады, охваченные стопроцентной последовательной отрицательной обратной связью. Поэтому ос­новные свойства этих каскадов достаточно близки, а существенные отличия обу­словлены несовпадением характеристик используемых транзисторов.

Типовая схема эмиттерного повторителя показана на рисунке 6.10. Характеристи­ка этой схемы: транзисторный усилитель тока с общим коллектором, фикси­рованным напряжением смещения, последовательным коллекторным питанием и резисторно-емкостной связью с последующим каскадом.

Здесь коллектор является общим электродом, поскольку он соединен с кор­пусом по переменному току через конденсатор Сф.

Как будет показано в дальнейшем, каскад не усиливает напряжение при увели­чении мощности сигнала, поэтому в характеристике указано «усилитель тока».

Рисунок 6.10 – Принципиальная схема эмиттерного повторителя

Наличие стопроцентной отрицательной обратной связи предполагает, что в эмиттерном повторителе выходной сигнал и сигнал обратной связи равны. Последнее возможно, если в схеме отсутствует резистор RK в цепи коллектора, а выходной сигнал снимается непосредственно с резистора обратной связи Rэ. Такие преобразования изменяют схему включения транзистора, преобразуя ее в схему с общим коллектором. В отличие от усилителя с общим эмиттером схема с общим коллектором не инвертирует входной сигнал.

Действительно, если ко входу эмиттерного повто­рителя приложить увеличивающееся по уровню напряжение, это приведет к уве­личению его выходного напряжения. Поэтому входной и выходной сигналы в схеме будут изменяться в фазе.

Все элементы в рассматриваемой схеме выполняют ту же роль, что и в схеме с общим эмиттером, за исключением резистора Rэ, который по переменному току не заблокирован конденсатором Сэ и является элементом последовательной отри­цательной обратной связи по напряжению и одновременно нагрузкой усилителя.

В статическом режиме протекают токи базы, коллектора и делителя анало­гично тому, как в схеме с общим эмиттером.

ДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ

В динамическом режиме при включении источника сигнала часть переменного напряжения через резистор R₃ прикладывается к участку база-эмиттер транзи­стора и вызывает пульсации тока базы I_Б, который в свою очередь вызывает пуль­сации тока коллектора Iк.

В составе коллекторного тока появляется переменная составляющая, источ­ником которой является транзистор.

Цепь переменной составляющей коллекторного тока (рисунок 6.11):

коллектор

Таким образом, на сопротивлении нагрузки выделяется напряжение с часто­той сигнала.

Резисторы Rэ и Rн по переменному току соединены параллельно, следова­тельно:

(6.7)

Рассмотрим схемотехническое построение истокового повторителя на примере полевого транзистора с управляющим рn - переходом и каналом р - типа (рисунок 6.12). Каскад с общим истоком является аналогом каскада с общим коллектором.

По аналогии со схемой с общим коллектором характеристика схемы истоково­го повторителя имеет следующий вид: резистивный усилитель тока на полевом транзисторе с общим стоком, автоматическим напряжением смещения, резисторно-емкостной связью с последующим каскадом и последовательным стоковым питанием.

В этом каскаде нагрузочный резистор R_И включен в цепь истока, а сток по пе­ременным составляющим тока и напряжения соединен с общей точкой каскада, то есть вывод стока является общим для входной и выходной цепей усилительно­го каскада. Основными элементами каскада являются резистор R_И и транзистор. Выбор и обеспечение режима покоя производятся так же, как и в каскаде с ОИ.

Выходное напряжение, равное переменной составляющей падения напряже­ния на резисторе R_И, подается через разделительный конденсатор С_Р в нагрузку.

Для истокового повторителя напряжение на нагрузке совпадает по фазе со входным напряжением и связано с ним равенствами:

Uвых=Uвх-UЗИ; Uвых=IсRИ.

Рисунок 6.11 – принципиальная схема повторителя напряжения на полевом транзисторе

Коэффициент усиления по напряжению повторителя описывается формулой: (6.8) Коэффициент усиления по напряжению зависит от крутизны транзистора S и сопротивления резистора в цепи истока и при увеличении произведения SRИ стремится к единице. Поэтому в истоковых повторителях желательно использо­вать транзисторы с высоким значением крутизны. Входное сопротивление истокового повторителя для низких и средних частот, как и в усилительном каскаде с ОИ, определяется величиной R3 и составляет не­сколько МОм. Выходное сопротивление для каскада с ОС в области средних ча­стот определяется как Rвых = 1/S.

ВЫВОДЫ:

1. Из практических применений эмиттерного повторителя, которые очень многочисленны, можно отметить его использование для согласования источника колебаний, обладающего высоким внутренним сопротивлением, с низккоомной нагрузкой.

2. Малое значение постоянного напряжения на резисторе Rэ позволяет в ряде случаев обойтись без конденсатора Ср и тем самым улучшить частотную характеристику в области нижних частот. Ввиду слабого влияния изменений полезной нагрузки на входное сопротивление повторителя его часто применяют в качестве буферного каскада для развязки нестабильной нагрузки от источника колебаний.