2.8 Уменьшение влияния входной емкости пт на частотные свойства усилителей

Для истокового повторителя, изображенного на рисунке 2.2 а, по его эквивалентной схеме (рис. 2.2, б) постоянную времени входной цепи можно определить с достаточной для практических расчётов точностью следующим образом:

τ_вх= R_г[С_г+ С_з.с+ С_з.и(1 - К_и)], (2.29)

где R_г и С_г - параметры источника сигнала.

Из выражения (25) видно, что постоянная времени входной цепи находится в прямой зависимости от ёмкостей С_з.с и С_з.и, причём ёмкость Сз.и за счет влияния ООС уменьшена в (1-К_и) раз.

Однако получение коэффициента усиления по напряжению, близкого к единице (с целью устранения влияния ёмкости С_з.и), в схеме обычного истокового повторителя сопряжено с трудностями, связанными с малым пробивным напряжением полевого транзистора. Так, чтобы на полевом транзисторе КП102Е с максимальным током стока I_с0=0,5 мА, максимальной крутизной 0,7 мА/В получить коэффициент усиления по напряжению 0,98, необходимо использовать сопротивление R_н=65 кОм. При I_с0 = 0,5 мА падение напряжения на сопротивление R_н составит около 32,5 В, а напряжение питания должно быть, как минимум, больше этого напряжения на величину U_отс, т. е. E_п=35 В.

Чтобы избежать необходимости использования высокого напряжения питания для получения коэффициента усиления, близкого к единице, на практике часто применяют схемы комбинированных повторителей на полевых и биполярных транзисторах.

На рисунке 2.5, а изображена комбинированная схема как по типу применяемых в ней транзисторов, так и по схеме их соединения, носящая название истокового повторителя со следящей связью [2]. Сток полевого транзистора Т1 подсоединён к базе биполярного транзистора Т2, с коллектора которого сигнал подаётся на истоковый вывод полевого транзистора в противофазе с входным сигналом. Подбором резисторов R5 и R6 можно напряжение сигнала на истоке получить равным входному напряжению, тем самым устраняя влияние ёмкости С_з.и.

Резистор R1 установленный в цепи смещения затвора, присоединён к истоку транзистора Т1 через конденсатор С2 большой ёмкости. Эффективное сопротивление в цепи смещения определяется сопротивлением резистора R₁ и коэффициентом обратной связи [3], так что

       (2.30)

где U_и - амплитуда сигнала на истоке транзистора Т1.

Рисунок 2.5 Схемы усилителей с уменьшенной входной ёмкостью.

а - истоковый повторитель со следящей связью; б - с уменьшенной ёмкостью С_з.с; в - истоковый повторитель с динамической нагрузкой.

При больших значениях β биполярного транзистора Т2 коэффициент усиления схемы приблизительно можно оценить следующим выражением:

(2.31)

Если усилитель предназначен для работы на низких частотах, то резистор R6 можно зашунтировать конденсатором С3 (на рис. 2.5, а показан пунктиром); при этом верхний частотный предел определяется выражением [3]

(2.32)

Выше был рассмотрен метод уменьшения влияния ёмкости затвор - исток С_з.и на частотную характеристику усилителя путем получения у истокового повторителя коэффициента усиления, близкого к единице. Влияние ёмкости С_з.с при этом оставалось неизменным.

Дальнейшее улучшение частотных характеристик усилителей может быть достигнуто за счет ослабления статической ёмкости затвор - сток во входной цепи схемы.

Чтобы уменьшить влияние ёмкости между затвором и стоком, можно применить способ, аналогичный описанному выше для снижения влияния ёмкости С_з.и, т. е. уменьшить напряжение сигнала на ёмкости. В схеме, показанной на рисунке 2.5, б , влияние ёмкости С_з.с снижено настолько, что входная ёмкость каскада почти полностью определяется расположением деталей в схеме и ёмкостью монтажа.

Первый каскад на транзисторе T1 имеет малую нагрузку в цепи стока и для сигнала, снимаемого с истока, является истоковым повторителем. Выходной сигнал подается на каскад с общим коллектором, в котором используется биполярный транзистор.

Для снижения влияния ёмкости С_з.с сигнал с выходного каскада (эмиттерного повторителя) подается через конденсатор С2 на сток транзистора T1 в фазе с входным сигналом. Для повышения эффекта компенсации необходимо принять меры для увеличения коэффициента передачи первого каскада. Это достигается подачей на резистор смещения R3 сигнала с эмиттерного повторителя. В итоге подаваемое на сток напряжение становится больше, а отрицательная обратная связь - действеннее. Кроме того, повышение коэффициента передачи первого каскада дополнительно уменьшает влияние ёмкости С_з.и.

Если не использовать перечисленные методы снижения ёмкости

затвора, то входная ёмкость, как правило, довольно значительна (у транзистора КП103 составляет 20-25 пФ). В результате удается снизить входную ёмкость до 0,4-1 пФ.

Истоковый повторитель с динамической нагрузкой (По материалам Ю. И. Глушкова и В. Н. Семенова), охваченный следящей обратной связью на сток, изображен на рисунке 2.5, в. С помощью такой схемы удается исключить влияние статического коэффициента усиления полевого транзистора μ на коэффициент передачи истокового повторителя, а также уменьшить ёмкость С_з.с. Транзистор Т2 выполняет роль генератора стабильного тока, задавая ток в цепи истока полевого транзистора Т1. Транзистор Т3 является динамической нагрузкой в цепи стока полевого транзистора но переменному току.

Таблица 2.1 Параметры истокового повторителя

Коэффициент передачи	0,98
Входное сопротивление	Определяется сопротивлением R1
Выходное сопротивление, Ом	50-100
Входная ёмкость, пФ	≤ 1
Потребляемый ток, мА	3

Снизив с помощью указанных методов влияние ёмкостей С_з.и и С_з.с, необходимо позаботиться об устранении паразитных ёмкостей схемы, приведенных ко входу усилителя. Влияние паразитных ёмкостей можно существенно ослабить, заключив входной каскад усилителя в экран и подключив его к такой точке схемы, где коэффициент усиления приблизительно равен единице.