6.5.5.   Усилительный каскад на полевом транзисторе

Усилительный каскад на полевом транзисторе (ПТ) имеет такую же структуру, как и усилительный каскад на биполярном транзисторе (БТ). Отличительными особенностями ПТ являются:

· чрезвычайно малые токи во входной цепи, а следовательно, и малая мощность, необходимая для управления прибором;

· линейная зависимость крутизны от управляющего напряжения, возможность работы в качестве сопротивления, управляемого напряжением;

· наличие термостабильной точки у транзисторов с обратносмещенным переходом затвор-исток;

· повышенная радиационная стойкость;

· малый уровень шумов;

· простота технологии при их производстве.

По аналогии с БТ в зависимости от того, какой электрод подключается к общей шине различают три схемы включения ПТ:

1) с общим истоком (ОИ);

2) с общим стоком (ОС);

3) с общим затвором (ОЗ).

Схема с ОЗ обладает низким входным сопротивлением и потому имеет ограниченное практическое применение. Основным и наиболее распространенным является каскад с ОИ.

Схема с ОИ (рис. 6.28) соответствует схеме с ОЭ для биполярного транзистора, но поскольку входная цепь полевых транзисторов не потребляет тока от источника сигнала входное сопротивление усилителя чрезвычайно велико. В этой схеме емкости Cр1, Cр2 – играют роль разделительных элементов. Сопротивление Rс является нагрузкой ПТ по постоянному току (аналогично сопротивлению Rк в схеме с ОЭ).

В усилителе применено автоматическое смещение. Цепочка Rи Cи в цепи истока служит для получения напряжения автоматического смещения и выбора рабочей точки на стоко-затворной характеристике ПТ.

Падение напряжения на Rи от тока покоя транзистора (Iсп) создает смещение потенциала истока относительно общей точки на величину

Uип = Iсп Rи,

а потенциал затвора равен нулю, так как  падение напряжения от тока затвора на сопротивлении Rз пренебрежимо мало (Iз → 0). В итоге напряжение между затвором и истоком в режиме покоя будет равно:

Uзип = Iсп Rи.

Резистор Rи, кроме функции автоматического смещения на затвор, выполняет также функцию термостабилизации режима покоя. Чтобы исключить ООС по переменному току резистор R­и шунтируется конденсатором Cи. Для максимальной термостабилизации каскада ток Icп желательно выбирать в термостабильной точке.

Подпись:  
Рис. 6.28. Принципиальная схема усилителя на полевом транзисторе.
Резистор R1, на первый взгляд, является лишним, так как  делитель R1 RЗ создает смещение на переходе с полярностью, противоположной необходимой. Нужное смещение можно задать лишь с помощью RЗ. Однако при замене транзистора вследствие очень большого разброса параметров транзисторов выбранная исходная рабочая точка не сохраняется.

Подпись:  

Рис. 6.29. Графическое представление работы каскада 
на полевом транзисторе
Для стабилизации режима сопротивление в цепи истока (Rи) увеличивают до значения, большего чем необходимо для создания нужного смещения, а излишнее смещение компенсируют с помощью делителя R1, RЗ.

Линия нагрузки графически соответствует уравнению выходной цепи каскада:

Uси = Eс – Iс (Rс + Rи).

Линия нагрузки по переменному току определяется сопротивлением:

Rн~ =  RС ׀׀ Rн.

Но если Rн >> Rс (а это выполняется, когда нагрузкой на ПТ является каскад с ОЭ), в этом случае Rвых пт является внутренним сопротивлением источника сигнала, а от его значения зависит коэффициент усиления каскада с ОЭ:

Ku оэ = β·Rн~ / (Rвх + Rг).

Обычно задают Rc < 0,1 Rн.

Линия нагрузки по переменному току незначительно отличается от линии нагрузки по постоянному току.

Рассмотрим работу каскада (см. рис. 6.28) по переменному току (рис. 6.29). Входной сигнал (Uвх) поступает на затвор транзистора через разделительный конденсатор Cр1, создает токи IR1 и IRз делителя. При этом в цепи затвора тока практи
чески нет. Под действием входного напряжения изменяется сопротивление транзистора и в токе стока появляется переменная составляющая (Ic~), часть которой (IRc~), проходит через стоковый резистор Rс, а остальная через резистор нагрузки Rн. При прохождении тока Ic~ через параллельно включенные резисторы Rс и Rн на них образуется выходной усиленный сигнал:

Uвых = Ic~(Rс || Rн).

Основные параметры каскада получим также с помощью эквивалентной схемы для средних частот (рис. 6.30).

По схеме замещения определяются основные параметры каскада по переменному токуПодпись:  
Рис. 6.30. Схема замещения каскада с общим истоком
:

;            ;

.