2.1 Усилители с общим истоком
Применение полевых транзисторов во входных каскадах усилителей низкой частоты, предназначенных для работы от высокоомных источников сигнала, позволяет улучшить коэффициент передачи и существенно понизить коэффициент шума таких усилителей. Высокое входное сопротивление ПТ позволяет избежать необходимости использования переходных конденсаторов большой ёмкости. Применение ПТ в первом каскаде УНЧ радиоприемника увеличивает входное сопротивление до 1-5 МОм. Такой УНЧ не будет нагружать оконечный каскад усилителя промежуточной частоты. Используя это свойство полевых транзисторов (высокое Rвх), можно значительно упростить целый ряд схем; при этом уменьшаются габариты, масса и потребление энергии от источника питания. Полевой транзистор может быть включен по схеме с общим истоком, общим стоком и общим затвором. Каждая из схем включения обладает определенными характеристиками, от которых зависит их применение.
Это наиболее часто используемая схема включения ПТ, которая характеризуется высоким входным сопротивлением, высоким выходным сопротивлением, коэффициентом усиления по напряжению, большим единицы, а также инвертированием сигнала.
На рисунке 2.1, изображена схема усилителя с общим истоком, в котором имеются два источника питания. Генератор напряжения сигнала Uвх подключен ко входу усилителя, а выходной сигнал снимается между стоком и общим электродом. Фиксированное смещение невыгодно, так как требует дополнительного источника питания, и вообще нежелательно по той причине, что характеристики полевого транзистора значительно изменяются
в зависимости от температуры и имеют большой разброс от экземпляра к экземпляру. По этим причинам в большинстве практических схем с полевыми транзисторами применяется автоматическое смещение, создаваемое током самого полевого транзистора на резисторе Rи (рис. 2.1, б) и аналогичное автоматическому смещению в ламповых схемах.
Рисунок 2.1 Схемы включения ПТ с общим истоком:
а - с фиксированным смещением; б - с автоматическим смещением; в - с нулевым смещением; г - эквивалентная схема.
Рассмотрим схему с нулевым смещением (рис. 2.1, в). На достаточно низких частотах, когда сопротивлением конденсаторов Сз.с (рис. 2.1, г) и Сз.и можно пренебречь по сравнению с Rз, коэффициент усиления по напряжению можно записать [7]:
,
(2.1)
Выражение (2.1) можно записать иначе:
.
(2.2)
При этом выходное сопротивление усилителя (рисунок 2.1, в)
(2.3)
При автоматическом смещении (рисунок 2.1, б) режим каскада определяется системой уравнений [9]:
Решение этой системы даёт значение тока стока Iс в рабочей точке ПТ:
(2.4)
При заданном значении Ic из выражения (4) найдём значение сопротивления в цепи истока:
(2.5)
Если задано значение напряжения Uз.и, то
(2.6)
Значение крутизны для каскада с автоматическим смещением можно найти по выражению
(2.7)