9. 2. Расчет усилителя на полевом транзисторе.

1. Формулируют исходные данные для расчета (см. п. 9.1).

2. Выбирают рабочую точку на линейном участке выходной характеристики.

3. В окрестности рабочей точки определяют У - параметры по формулам:

- входная проводимость;

- проводимость обратной передачи;

- проводимость прямой передачи;

- выходная проводимость.

Здесь входные и выходные токи и напряжения и их приращения определяются схемой включения транзистора.

4. Изображают схему, например, рис. 9. 2 и производят расчет величин по следующей методике.

Рис. 9. 2. Схема резисторного усилителя на полевом транзисторе

а) Для стабилизации рабочей точки, в связи с разбросом параметров транзистора, в цепь истока включают большее, чем это необходимо для создания нужного смещения. Излишнее смещение компенсируют с помощью делителя.

Величины определяют, используя формулы

,

где и- отклонения тока стока в рабочей точке, вызванные разбросом параметров транзистора:,,,. Эти параметры приводятся в справочнике. Для транзистора с р- каналом, а для транзисторовn- каналом . Практически считано, что разброс параметров вызывает отклонение тока стока в рабочей точке наот среднего значения, что соответствует.

Например, ток в рабочей точке . Задаемся отклонениями тока:и. Пусть транзистор имеет следующий разброс параметров:,. Подставляя эти значения в формулу, получим=8,5кОм.

Зная определяют напряжение смещения, создаваемое

Подставим данные, полученные в пункте а), получим

.

б) Величины определяют, исходя из следующих соображений. Для лучшей передачи нижних частот сопротивление в цепи затворавыбирают в пределах до 1- 2 мОм. Падение напряжения наза счет тока утечки затвора должно быть значительно меньше напряжения отсечки.

Выберем , тогда для обеспечения(см. пункт а) необходимо взять. Величинувыбирают исходя из условияна частоте

в) Величину определяют, используя следующие соотношения

Обычно принимают тогда

г) Коэффициент усиления в области средних частот определяют по формуле

где - крутизна характеристики транзистора, которая имеет максимальноеи минимальноезначения в связи с разбросом параметров транзистора,

.

Следовательно, коэффициент усиления может изменяться и быть равным или

д) Величину емкости определяют, исходя из условия

или ,

где

Если в схеме усилителя напряжение смещения создается только на (без делителя), то

9. 3. Расчет частотных характеристик усилителя:

Построить ЛАЧХ и ФЧХ усилительного устройства, показанного на рис. 9.3.

Рис. 9.3. Схема усилительного устройства

Система уравнений, характеризующая поведение данной схемы имеет вид:

.

По первому закону Кирхгофа или

Подставив полученное выражение для тока в выражение для входного напряжения, получим

.

Передаточная функция усилительного устройства по выбранному входному возмущению имеет вид

,

где постоянные коэффициенты, содержащие суммы и произведения параметров элементов, входящих в состав усилительного устройства. Передаточную функцию рассматриваемой схемы можно записать в виде

,

где - коэффициент передачи цепи;постоянная времени цепи. Для получения частотных характеристик выполним замену; тогда будем иметь

,

где

;.

Определим модуль и фазу полученной частотной характеристики:

;

;

.

Полученные выражения позволяют построить ЛАЧХ и ФЧХ рассматриваемой схемы.

Положим, что

при много меньше 1,

при много больше 1.

Тогда в точке имеем

дБ.

Частота , при которой происходит изменение наклона асимптотической характеристики, называетсячастотой сопряжения или сопрягающей частотой.

На рис 9.4, а приведены реальная и асимптотическая логарифмические амплитудно-частотные характеристики рассматриваемой схемы.

Наклон асимптоты характеристики определяется изменением значенияпри увеличении частоты в 10 раз, т. е. на декаду. Он показывает на сколько децибел изменитьсяпри изменении частоты в 10 раз. Для рассматриваемого случая он составит - 20 дБ/дек.

а) б)

Рис. 9. 4. Асимптотическая ЛАЧХ (а) и ФЧХ (б) усилительного устройства.

Для построения ФЧХ (рис. 9.4, б) определим ее характерные точки:

для и;

если , то;

если , то.

Как видно из приведенных вычислений, на частоте изменение фазы в цепи достигает.