Малосигнальные параметры каскада транзистора с р-n переходом. Схема с общим истоком

Основными элементами каскада являются источник питания, транзистор и резистор Rc. Элементы Re, R1, Rи предназначены для задания Uзип в режиме покоя. Резистор Rи создает в каскаде ООС по постоянному току, служащую для стабилизации режима покоя при изменении температуры и разбросе параметров транзистора. Конденсатор Си предназначен для исключения ООС по переменному току.

Точка покоя перемещается на линии нагрузки по постоянному току которая проходит через точки а и б (рис 2,1).

I_c = 0; U_cи = +E_c - (a)

U_cи = 0; I_c = Ec/(R_с + R_и) - (б)

Линия нагрузки по переменному току определяется сопротивлением R_н~ = R_c || R_н.

В многокаскадных усилителях нагрузкой каскада является входная цепь последующего каскада, обладающая достаточно большим входным сопротивлением Rвх. В таких случаях нагр. каскада по переменному току определяется в значительной мере сопротивлением Rс, выбираемый по меньшей мере на порядок менше Rвх. По этой причине для каскадов предварительного усиления наклон линии загрузки по переменному току незначительно отличается от наклона ЛН по постоянному току.

Полевой Тр. со встроенным каналом может работать как в режиме обогащения канала носителями заряда, так и в режиме обеднения. По этому полному диапазону вых. характеристик этого транзистора соответствует напряжение затвор – исток, изменяемое не только по величине но и по знаку. Рассмотрим случай когда U_зип<0: элементами, предназначенными для создания напряжения U_зип<0 в режиме покоя, являются только резисторы R_и, R_з. Необходимые величины и полярность напряжения.

Получаются на резисторе Rи в результате протекания через него тока I_ип=I_сп. В связи с этим выбор Rи производят по величине R_и = U_зип/I_сп.

Резистор Rз предназначен для обеспечения потенциала затвора равным потенциалу нижнего вывода резистора Rи т.е. для подачи напряжения Uзип с резистора Rи между затвором и истоком транзистора. Сопротивление Rз выбирают на несколько порядков ниже входного сопротивления транзистора. Это необходимо для исключения влияния температурной нестабильности и разброса значения входного сопротивления транзисторов на величину входного сопротивления каскада. Значение Rз принимают равным 1-2 МОм.

Помимо обеспечения требуемого напряжения U_зип резистор R_и создает отрицательную обратную связь в каскаде, препятствующую изменению тока I_сп под действием температуры и разброса параметров транзистора. Тем самым функция резистора R_и сводится также к стабилизации режима покоя каскада. С целью повышения стабильности часто идут на увеличение R_исверх значения, нужного для обеспечения напряжения U_зип. Требуемая при этом компенсация избы­точного напряжения U_ипосуществляется подачей на затвор соответствующего напряжения U_зппутем включения в схему резистора R_tИз условия указанной компенсации получаем соотношение, которое может быть использовано для расчета сопротивления R₁:

Величину U_ип определяют с учетом выбора напряжения питания: E_G = U_сип+U_ип + I_спR_c(2.50)

При U_зип≥ 0 необходимость включения резистора R_и диктуется требованием стабилизации режима покоя Включение резистора R₁здесь обязательно. Выбор элементов производится с использова­нием соотношений (2.48) — (2.51). При этом в выражениях (2.48), (2.49) следует соответственно либо положить напряжение U_зип равным нулю, либо изменить знак перед напряжением U_зип.Режим U_зип > 0 является типичным для полевых транзисторов с индуци­рованным каналом (см. рис. 1.41,б). Поэтому с учетом изменения знака перед U_зип соотношения (2.48), (2.49) используют для расчета цепей смещения каскада ОИ на этих транзисторах.

Выбор типа транзистора производят с учетом тех же данных, что и в каскаде ОЭ Учитывают максимальный ток стока I_{с max}, максимальное напряжение I_{си max}и максимальную рассеиваемую мощность в транзисторе Р_{о max} (Рис. 2.11).

Выражение для коэффициента усиления каскада по напряжению для средних частот, когда сопротивления оставшихся в схеме замещения конденсаторов еще достаточно велики, записывается в виде:

Произведение Sr_i называют статическим коэффициентом усиления μ полевого транзистора. С учетом соотношения Sr_i= μ формула (2.53) принимает вид

На основании выражения (2.54) возможен второй вариант пост­роения схемы замещения каскада ОИ — с источником напряжения μ U_BX(рис. 2.12,б).

В случае, когда схема ОИ является каскадом предварительного усиления в многокаскадном усилителе, R_н~ = R_сII R_вх = R_с.Если учесть к тому же, что R_с << r_iто коэффициент усиления каскада по напряжению:

Входное сопротивление каскада ОИ определяется параллельно соединенными сопротивлениями R₁ и R_a

Выходное сопротивление каскада ОИ

R_вых = R_с || r_i =R_c. (2.57)

При переходе в область высоких частот необходимо учитывать входную и вых

одную емкости каскада.