Усилительный каскад на полевом транзисторе с общим истоком

В настоящее время широкое распространение получили усилительные каскады на полевых транзисторах, так как они обладают существенно большим входным сопротивлением по сравнению с усилительными каскадами на биполярных транзисторах.

Наиболее часто используют усилительный каскад с общим истоком, схема которого приведена на рис. 10.41.

В этом каскаде резистор R_c, помощью которого осуществляется усиление, включен в цепь стока. В цепь истока полевого транзистора VT включен резистор Я_и, создающий необходимое падение напряжения в режиме покоя, являющееся напряжением смещения между затвором и истоком и_зио. Резистор в цепи затвора R₃ обеспечивает в режиме покоя равенство потенциалов затвора и общей точки усилительного каскада. Следовательно, потенциал затвора ниже потенциала истока на величину падения напряжения на резисторе Я_и от постоянной составляющей тока истока /_и0. Таким образом, потенциал затвора является отрицательным относительно потенциала истока на величину.

^зио «^ио %.

Входное напряжение и_вх подается на резистор R₃ через разделительный конденсатор С1. При подаче переменного входного напряжения в канале полевого транзистора появляются переменные составляющие тока истока ?_и и тока стока ?_с, причем ?_и ~ ?_с. За счет падения напряжения на резисторе R_M от переменной составляющей тока ?_и переменная составляющая напряжения п_зи между затвором и истоком, усиливаемая полевым транзистором, определяется выражением.

Для устранения ООС по переменному току параллельно резистору К_и включают конденсатор С_и, сопротивление которого на самой низкой частоте/_н усиливаемого напряжения должно быть во много раз меньше сопротивления резистора. При этом условии падение напряжения от тока истока на цепочке Я_ИС_И, называемой звеном автоматического смещения, очень небольшое, так что по переменной составляющей тока исток можно считать соединенным с общей точкой усилительного каскада. Емкость конденсатора звена автоматического смещения рассчитывается по формуле.

Выходное напряжение снимается через конденсатор связи С2 между стоком и общей точкой каскада, т. е. оно равно переменной составляющей напряжения между стоком и истоком и_си.

Рис. 10.41. Схема усилительного каскада с общим истоком.

На рис. 10.42 приведен графический анализ работы усилительного каскада на полевом транзисторе с общим истоком с помощью передаточной (рис. 10.42, а) и выходных (рис. 10.42, б) ВАХ.

Рабочая точка О в режиме покоя обычно выбирается в середине рабочего участка линии нагрузки, так что при этом нелинейные искажения усиливаемого напряжения минимальны. Сопротивление резистора R_H звена автоматического смещения определяется из выражения:

При подаче на вход усилительного каскада переменного напряжения и_вх появляется переменная составляющая тока стока i_c (рис. 10.42, а). Изменение этого тока приводит к изменению напряжения между стоком и истоком и_си, его переменная составляющая и_си является выходным напряжением и_вых усилительного каскада. Из рис. 10.42 видно, что выходное напряжение и_вых противофазно входному п_вх, причем оно значительно больше входного напряжения, так как напряжение в цепи стока транзистора значительно больше, чем в цепи затвора.

Коэффициент усиления по напряжению K_v усилительного каскада с общим истоком определяется по формуле.

где S — крутизна характеристики; R_t — внутреннее (выходное) сопротивление транзистора.

Рис. 10.42. Графический анализ работы усилительного каскада с общим истоком.

Входное сопротивление полевых транзисторов, т. е. сопротивление между затвором и истоком, имеет значение порядка 10⁸ Ом, поэтому входное сопротивление рассматриваемого усилительного каскада определяется сопротивлением резистора R₃, который подключен параллельно входным зажимам полевого транзистора:

Выходное сопротивление современных полевых транзисторов, т. е. сопротивление между стоком и истоком, имеет значение порядка.

10⁴—10⁶ Ом, поэтому выходное сопротивление усилительного каскада на полевом транзисторе определяется сопротивлением резистора Я_с:

т.е. R_BUX < < R_BX, что является важным преимуществом усилительных каскадов на полевых транзисторах.