10.1.3. Усилительный каскад на мдп-транзисторе в схеме с общим истоком

Схема простейшего каскада на МДП-транзисторе со встроен­ным каналом n-типа показана на рис. 10.3. В этой схеме (как и на рис. 10.2) использованы два источника питания: и. Выбором значений напряженийипри заданном сопротивлении нагруз­ки в цепи стока устанавливается рабочая точка (точка покоя).

Упрощенная по сравнению с рис. 7.2,а эквивалентная схема на низ­ких частотах (не учитываются емкости) приведена на рис. 10.4. Она аналогична эквивалентной схеме электронных ламп.

Нетрудно показать, что коэффициент усиления по напряжению

или

(10.12)

где . При(10.12) примет вид

(10.13)

Предельное значение коэффициента усиления получается из (10.12) при (рис. 10.5):

Таким образом, коэффициент усиления тем выше, чем больше крутизна S.

Входное сопротивление каскада определяется сопротивлением затвор-исток, которое велико, особенно в МДП-транзисторах, у которых затвор изолированный. Выходное сопротивление равно дифференциальному сопротивлению МДП-транзистора.

Широкое распространение получил простейший усилительный каскад, у которого в качестве нагрузки основного МДП-транзистора используется другой (нагрузочный МДП-транзистор). На рис. 10.6 нагрузочным является МДП-транзистор с индуцированным каналом n-типа. В нагрузочном транзисторе используется пологий уча­сток выходной характеристики. Его сопротивление для переменного тока – это дифференциальное сопротивление (7.60) , где– крутизна транзистора . Подставив это значение в (10.13) и заменив S на S₁ транзистора , получим

(10.14)

Для получения достаточно большого усиления необходимо, чтобы было значительно больше(). До­стигается это при одинаковой длине каналов обоих транзисторов увеличением ширины канала транзистора в 50...400 раз по сравнению с шириной канала транзистора . Однако при таком соотношении размеров коэффициент усиления составляет лишь 7...20, так как его значение равно корню квадратному из этого отношения.

Использование нагрузочного МДП-транзистора позволяет иск­лючить изготовление пассивного резистора с большим сопротив­лением, занимающим на кристалле большую площадь. Резисторы на основе нагрузочных транзисторов принято называть нелиней­ными из-за нелинейности ВАХ или динамическими. О построении ВАХ нагрузочного транзистора (нагрузочной линии для основ­ного транзистора ) будет сказано в § 11.2.2.

10.1.4. Усилительный каскад на составном биполярном транзисторе

Ваналоговых ИС часто применяются составные транзисторы, построенные по схеме Дарлингтона или на комплементарных транзисторах.

Условное обозначение составного интегрального транзистора по схеме Дарлингтона показано на рис. 10.7, где Б, Э, К – выводы эквивалентного транзистора. В статическом режиме справедливо соотношение

где и – интегральные коэффициенты передачи тока исо­ставляющих транзисторов и . Сначала будем считать, что нагрузка отсутствует (). Тогда

Следовательно,

и коэффициент передачи состав­ного транзистора

Так как и, то

(10.15)

Таким образом, теоретически при = 100В = 10⁴, т.е. выше, чем у супербета-транзистора (см. § 9.2.1). Однако этот резуль­тат сильно завышен, так как в со­ставном транзисторе при одинако­вых и невозможно получить равенство и. Ограниче­ние связано с тем, что у транзисто­ров и токи сильно отличают­ся (, так как). Поэтому<<(см. § 5.3.4) и прак­тическине превышает не­скольких тысяч.

Схема интегрального составного транзистора на комплементарных биполярных транзисторах (т.е. п-р-п и р-п-р) показана на рис. 10.8. На­правления результирующих токов ,исоответствуют р-n-р-транзистору. Результирующий коэффи­циент передачи по току оказывается равным и практически совпадает со значениемВ в схе­ме Дарлингтона.