Рассмотрим последовательность расчета каскада по схеме с ОИ, выполненного на полевом транзисторе с р-n-переходом и каналом р-типа.
Принципиальная схема каскада представлена на рис. 13.16. Исходными данными для расчета являются RH (входное сопротивление КПУ или УМ, для управления которым рассчитывается данный каскад), и UВЫХm = UHm (амплитудное значение напряжения, требуемого для управления следующим КПУ или УМ).
Расчет схемы производится в следующей последовательности.
1. Выбирается сопротивление RC из тех же соображений, что и сопротивление RK в КПУ по схеме с ОЭ (см. главу 13.5.1, п. 1).
2. Определяется амплитуда переменной составляющей тока стока 
, где RH» = RC || RH.
3. Задаются координаты точки покоя выходной цепи транзистора. Они должны удовлетворять условиям:
Для определения UСИП принимают DUСИ = 1 ÷ 2 В; IСП определяют из условия IСП = (1,1 ÷ 1,2)ICm.
4. Определяется ЕС каскада. Падение напряжения на сопротивлении RИ выбирается из условия UИП = (0,1 ÷ 0,3)ЕС.
Уравнение выходной цепи каскада по постоянному току имеет вид:
Подставляя UИП в (13.11), получим выражение для расчета EС:
5. Выбирается транзистор из условий: UСИДОП > ЕС; IСДОП > IСП + ICm; Pmax > UСИП × IСП. Частотные свойства полевого транзистора описываются частотой fS, информация о ее конкретной величине для данного типа транзистора в справочной литературе отсутствует. На частотные свойства каскадов на полевых транзисторах существенное влияние оказывают междуэлектродные емкости, поэтому полевые транзисторы выбираются с большим запасом по частоте. Оценить возможную величину fS можно по условному обозначению типа транзистора, в котором третий элемент несет информацию о его частотных свойствах. Классификация полевых транзисторов по частотным свойствам представлена в табл. 13.3.
Таблица 13.3 Классификация полевых транзисторов по частотным свойствам
|
Предельная частота транзистора, МГц |
Максимальная рассеиваемая мощность, Вт |
||
|
малая Рmax £ 0,3 |
средняя 0,3 < Рmax £ 1,5 |
большая Рmax > 1,5 |
|
|
низкая fS £ 3 |
1 |
4 |
7 |
|
средняя 3< fS £ 30 |
2 |
5 |
8 |
|
высокая fS > 30 |
6 |
9 |
|
6. По стоко-затворной ВАХ транзистора для IС = IСП определяется напряжение UЗИП. Точка покоя должна располагаться на линейном участке стоко-затворной ВАХ (наилучшее положение точки покоя – середина линейного участка стоко-затворной ВАХ), в противном случае нужно увеличить IСП и повторить расчет. При этом параметры выбранного транзистора могут перестать отвечать условиям п. 5, в этом случае необходимо выбрать транзистор другого типа.
7. Рассчитывается величина сопротивления в цепи истока RИ по формуле
8. Рассчитываются величины сопротивлений входного делителя R1 и R2. Величина сопротивления R2 выбирается равной 1 ÷ 2 МОм, величина сопротивления R1 определяется с учетом того, что для транзистора с р-каналом UЗИП > 0, по формуле
Для транзистора с n-каналом UЗИП < 0, поэтому аналогичная формула имеет вид:
Напряжения в формулах (13.12) и (13.13) берутся по абсолютной величине.
9. Производится расчет каскада по переменному току. Схема замещения каскада по переменному току в области средних частот представлена на рис. 13.17.
В схеме не показано входное сопротивление полевого транзистора, т.к. оно имеет очень большую величину – 102 ¸ 103 МОм и выше, поэтому его влиянием на работу схемы пренебрегают. Сопротивления входного делителя R1 и R2 представлены в схеме замещения сопротивлением RД = R1 || R2. Выходная цепь транзистора представлена источником тока IС = SUЗИ = SUВХ и внутренним сопротивлением канала r1.
Параметр r1 транзистора определяют по стоковой ВАХ, проходящей через точку покоя выходной цепи с координатами UСИП, IСИП: 
параметр S – по стоко-затворной ВАХ в окрестности точки покоя с координатами UЗИП, IСП: 
По схеме замещения определяются параметры каскада по переменному току:
(сопротивление относительно выходных зажимов при отключенном RН)
10. Определяется необходимое для управления каскадом амплитудное значение входного напряжения 
. Весь размах UBX должен укладываться на линейном участке стоко-затворной ВАХ, иначе сигнал будет усилен с большими нелинейными искажениями. Если это условие не выполняется, смещают точку покоя, задавая новое значение тока IСП, и производят уточняющий перерасчет схемы, начиная с п. 4.
Если условие усиления сигнала без искажений выполняется, то сравнивают величины UBXm и указанной в техническом задании еГ. Если UВХm ³ еГ, то переходят к расчету КПУ по схемам с ОЭ или ОИ, необходимого для управления спроектированным каскадом.
Если UBxm < еГ, то рассчитываемый каскад будет являться одновременно и входным каскадом усилителя, в этом случае определяют необходимую для управления каскадом ЭДС генератора по формуле
и сравнивают ее величину с величиной еГ. Если еГ.УПР меньше еГ, то последовательно с источником входного сигнала ставится ограничивающее сопротивление RОГР для предотвращения перехода усилителя в насыщение. Величина RОГР определяется по формуле
Если еГ.УПР больше еГ, то необходимо увеличить RВХ каскада, выбрав большую величину сопротивления R2.
