Усилительные каскады на полевых транзисторах

В отличие от биполярных полевые транзисторы имеют очень высокое входное сопротивление (до десятков МОм). Поэтому и усилительные каскады на полевых транзисторах обладают большими входными сопротивлениями. Управление током, в полевых транзисторах осуществляется изменением проводимости канала р- или. п -типа, через который под воздействием электрического поля протекает ток. Таким образом, полевые транзисторы управляются по входной цепи напряжением (электрическим полем - отсюда название - полевые), а не током. В полевых транзисторах электропроводность канала обусловлена движением носителей только одного типа, поэтому по принципу действия они являются униполярными.

По способу создания проводящего канала различают полевые транзисторы с р -,п - переходом и полевые транзисторы с встроенным и индуци-рованным каналами. Последние два типа называют МДП-транзисторами (МДП - металл - диэлектрик – полупроводник рис. 3.10б).

Полевые транзисторы любого типа (рис. 3.10 а, б) имеют три электрода (вывода): сток, исток и затвор (от англ. gate - ворота).

Рис.3.10

Включение полевых транзисторов (как и биполярных) в усилительные каскады осуществляется тремя способами: с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ).

Электропитание полевых транзисторов производится по стоковой цепи разными напряжениями, в зависимости от типа канала: транзисторы с каналом п -типа питаются положительным напряжением +Е_С, р-типа - отрицательным напряжением - Е_с.

При анализе и расчете схем на полевых транзисторах используют их статические вольтамперные характеристики. Стоко-затворная входная характеристика представляет собой зависимость тока стока I_с МДП-транзистора от напряжения затвор – исток U_зи (рис.3.10 в,г). Стоковые (выходные) характеристики отражают зависимость тока стока I_c от напряжения сток – исток U_си при постоянном напряжении затвор – исток U_зи (рис.3.10д, е).

Рассмотрим усилительные каскады на МДП-транзисторах с каналами п-типа.

Усилительный каскад ОИ. На рис. 3.11 представлена типовая схема усилительного каскада ОИ на МДП-транзисторе, в которой назначение резисторов R ₁ R ₂ и конденсаторов C ₁ и C ₂ такое же, как и в каскаде ОЭ.

Рис. 3.11

В схеме резистор R _и выполняет функцию термостабилизации режима работы каскада по постоянному току стока I_сп. Для исключения ООС по переменному току резистор R_и шунтируют конденсатором С_и.

Нагрузкой по переменному току в усилительном каскаде ОИ является

R_CH = R_C R_H /(R_c + R_H). (3.26)

Анализ работы каскада ОИ проводят графоаналитическим методом, используя статические стоковые и cтоко-затворные характеристики МДП-транзистора (рис. 3.12).

Рис.3.12

Линию нагрузки по постоянному току (линия 1—2 на рис. 3.12 а) проводят через две точки в соответствии со вторым законом Кирхгофа для стоковой цепи:

Е _с= U _сип + I _сп(R _c+ R _и). (3.27)

Координаты этих точек определяются следующим образом: – для точки I - I сх=0, U сх= E c; для точки 2 - U cз=0, I cз= E c/(R c+ R и).

Линия нагрузки по переменному току проходит через точку покоя П (линия 3-4 на рис. 3.12, a) и ее наклон к оси напряжений определяется величиной сопротивления R _cн (3.26).

Усилительный каскад ОИ на полевом транзисторе аналогично каскаду ОЭ на биполярном транзисторе изменяет фазу входного сигнала на 180°.

Показатели линейного режима усиления каскада ОИ можно рассчитать с помощью его эквивалентной схемы, основа которой - схема замещения МДП-транзистора (обведена на рис. 3.13 штриховой линией).

Рис.3.13

В эквивалентной схеме каскада усилительные свойства МДП-транзистора отражены генератором тока SU_вх с параллельно включенным внутренним сопротивлением транзистора r _i. Величина S =ΔI_c /ΔU_зи – есть крутизна стоко-затворной характеристики, которая определяется с помощью кривой на рис. 3.12б.

Делитель в цепи затвора представлен сопротивлением R₃ = R1||R2, а на-грузка каскада по переменному току - сопротивлением Rсн. Межэлектродные емкости С_зи и С_зс отражают наличие емкостей р-п-переходов, а емкость С_си - межэлектродную выходную емкость МДП-транзистора.

Коэффициент усиления по напряжению нетрудно найти из схемы рис. 3.13:

(3.28)

 

Как правило, в полевых транзисторах r_i>>R_сн и r_i >>R_c, поэтому

(3.29)

Входное сопротивление каскада ОИ определяется в основном делителем в цепи затвора: R _вх= R _з, а выходное сопротивление приблизительно равно стоковому сопротивлению: R _вых≈ R _с.

Усилительный каскад ОС (истоковый повторитель) на МДП-транзисторе представлен на рис. 3.14, имеет большое входное R_вх >>Мом и малое выходное R_вых≈1/S сопротивления. Коэффициент усиления по напряжению

(3.30)

Рис.3.14.

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: