Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Методичка - Электронные твердотельные приборы.doc
Скачиваний:
955
Добавлен:
02.05.2014
Размер:
16.51 Mб
Скачать

5.7. Усилительный каскад на полевом транзисторе

Рассмотрим простейший усилительный каскад на полевом транзи­сторе, включенном по схеме ОИ, принципиальная схема которого приве­дена на рис. 5.16. В качестве активного элемента каскад содержит n-ка­нальный полевой транзистор с управляющим p-n-переходом.

Квходу каскада подключается источник входного сигнала (генератор с эдсer = Er m sint и внутренним сопротивлением Rr). На выходе каскада включена нагрузка Rн.

Рассмотрим вначале режим покоя (er = 0) или, как его часто называют, режим работы каскада по постоянному току, и определим его параметры. Особенность полевого транзистора с управляющим переходом состоит в том, что напряжения Uзи и Uси имеют противоположные знаки. Для n-ка­нального транзистора Uзи < 0, а Uси > 0. В этой ситуации для того, чтобы из­бежать использования двух источников питания применяется так назы­ваемое автоматическое смещение цепи затвор–исток. Его механизм за­ключается в следующем. Цепь стока питается от положительного полюса источника питания Eс. При этом в цепи Rc – канал транзистора – Rи проте­кает ток Ic0, который на резисторе Rи создает падение напряжения Uи0 = Iс0Rи. Это напряжение через резистор Rз прикладывается к промежутку затвор–исток. Заметим, что поскольку Iз0 = 0, падение напряжения на рези­сторе Rз тоже равно нулю, т. е. Uз0 = 0. В этом случае

Uзи0 = Uз0 Uи0 = – Ic0Rи.

Так как сток тока Ico связан в режиме насыщения (именно этот ре­жим используется в усилительных схемах) с напряжением Uзи0 соотноше­нием (5.2), то для определения параметров режима покоя Uзи0 и Ic0 необ­ходимо решить систему уравнений:

ic = Icmax. (5.5)

uзи = – icRи .

Эта система может быть решена аналитически или графически [7]. Графическое решение системы, в ходе которого определяется положение точки покоя на характеристике прямой передачи, иллюстрирует рис. 5.17.

Третий параметр режима покоя – напряжение Uси0 находится из урав­нения:

Uси0 = Ec Ic0 (Rc + Rи) (5.6)

Рассмотрим работу каскада в режиме усиления (er 0). Для этого по­строим эквивалентную схему каскада по переменному току. Ограничимся режимом средних частот и малого сигнала. При этом сопротивления раз­делительных конденсаторов можно считать равными нулю, а сопротивле­ния паразитных емкостей структуры транзистора – равными бесконечно­сти, т. е. можно использовать низкочастотную эквивалентную схему тран­зистора (рис. 5.18).

Рис. 5.18

Эквивалентная схема усилительного каскада по переменному току при­ведена на рис. 5.19.

Транзистор моделируется источником тока Sзи и внутренним сопротив­лением Ri. Резистор Rс по пе­ременному току оказывается вклю­ченным параллельно Ri и Rн. Резистор Rи на схеме не показан, поскольку шунтируется для устранения отрицательной обратной связи по перемен­ному току конденсатором Си. Обычно Ri >> Rc и влиянием Rc можно пре­небречь. Для учета влияния нагрузки используют эквивалентное сопро­тивление R= Rс||Rн . В соответствии с эквивалентной схемой можно запи­сать ;, тогда коэффициент усиления по напря­жению

. (5.7)

Знак минус в (5.7) свидетельствует о том, что усилительный каскад на полевом транзисторе, включенном с общим истоком, инвертирует сигнал, аналогично каскаду на биполярном транзисторе, включенном по схеме ОЭ. Из (5.7) также следует, что важнейшим параметром, определяющим уси­лительные свойства транзистора, является его крутизна. Для увеличения крутизны, как уже отмечалось, необходимо сокращать длину каналу lk, увеличивать его ширину W (W >> lk), а также использовать материалы с более высокой подвижностью электронов, в частности арсенид галлия. Входное сопротивление каскада Rвх=Rз может быть очень большим (по­рядка мегаома), а выходное сопротивление Rвых Rc. Высокое входное со­противление является важным достоинством каскадов на полевых транзи­сторах.