10.14. Усилительные каскады на полевых транзисторах

По аналогии с усилительными каскадами на биполярных транзисторах с ОБ, ОЭ и ОК различают три основных типа усилительных каскадов на полевых транзисторах: с общим затвором (ОЗ), с общим истоком (ОИ) и с общим стоком (ОС). Чаще других используется усилительный каскад с ОИ.

Усилительный каскад с ОИ реализуется по типовой схеме, выделенной на рис. 10.54 сплошной линией, в которой назначения всех элементов аналогичны их назначениям в усилительном каскаде на биполярном транзисторе с ОЭ (см. рис. 10.46).

Режим малого сигнала усилительного каскада с ОИ рассчитывается по схеме замещения на рис. 10.55, где схема замещения полевого транзистора с постоянными у-параметрами (10.15) показана внутри штриховой линии, а усилительного каскада — внутри сплошной.

Исключая из схемы замещения резистивные элементы 1/у₁₁ и 1/у₂₂ с большими относительно других резистивных элементов сопротивлениями и полагая разомкнутой цепь нагрузки R_н=∞ (режим холостого хода), получаем основные параметры усилительного каскада с ОИ:

— входное сопротивление (10²—10³ кОм);

(10.23)

— выходное сопротивление (10—100 кОм);

— коэффициент усиления напряжения (10—100), равный отношению абсолютных значений напряжений и_н.х=-Sи_зиR_с и и_вх=и_зи разной полярности.

Выражениям (10.23) соответствует обобщенная схема замещения входной и выходной цепей усилительного каскада (рис. 10.50).

При подключении усилительного каскада к цепи нагрузки пользуются коэффициентами усиления напряжения, тока и мощности источника сигнала:

;

;

,

зависящими от сопротивлений цепей источника сигнала R_вт и нагрузки R_н.

Основное достоинство усилительного каскада на полевом транзисторе с ОИ относительно усилительного каскада на биполярном транзисторе с ОЭ — большое входное сопротивление.

Основной недостаток — бóльший разброс значений параметров.

У силительный каскад с ОС (рис. 10.56), называемый также истоковым повторителем, функционально подобен эмиттерному повторителю (см. рис. 10.52). Коэффициент усиления напряжения истокового повторителя =0,8—0,9, выходное сопротивление R_вых=10—50 Ом, входное сопротивление R_вх=1—10³ МОм.

Усилительные каскады с ОЗ в устройствах промышленной электроники практически не применяются.

В качестве приемника энергии к выходу усилительного каскада может быть подключен тоже усилительный каскад. Их совокупность образует многокаскадный усилитель. В усилителях низких и высоких частот, а также широкополосных и узкополосных, электрическая связь между каскадами реализуется при помощи конденсаторов, в усилителях постоянного тока — при помощи резисторов или непосредственных связей. В последнем случае любые изменения постоянного напряжения на выходе одного каскада из-за нестабильности параметров транзистора при действии дестабилизирующих факторов, обычно температуры, влияют на режим работы других каскадов, что приводит к изменению напряжения на выходе многокаскадного усилителя даже при отсутствии усиливаемого сигнала. Это явление называется дрейфом нуля. Уменьшить дрейф нуля, а также получить другие полезные качества позволяют дифференциальные усилительные каскады постоянного тока.