Усилитель на полевом транзисторе

Схемотехнические решения, применяемые при построении каскадов на полевых транзисторах, во многом схожи с решениями, используемыми при построении каскадов на биполярных транзисторах. Существующие особенности связаны с отличием собственных свойств этих приборов.

При построении аналоговых усилителей на полевых транзисторах наибольшее распространение получила схема каскада с общим истоком. При этом в ней, как правило, применяются либо полевые транзисторы с управляющим p-n переходом, либо МОП-транзисторы со встроенным каналом. На рис.11.13. приведена типовая схема каскада на полевом транзисторе с управляющим p-n переходом и каналом n -типа.

Начальный режим работы полевого транзистора обеспечивается постоянным током I _{С 0} и соответствующим ему постоянным напряжением на стоке U _{СИ 0} (для биполярного транзистора I _{K 0} и U _{КЭ 0} ).

Ток I _{С 0} в выходной (стоковой) цепи устанавливается с помощью источника питания Е _ПИТ и начального напряжения смещения на затворе U _{З 0} отрицательной полярности (для полевого транзистора с p -каналом – положительной полярности). В свою очередь, напряжение U _{З 0} обеспечивается за счет того же самого тока I _{С 0} , протекающего через резистор в цепи истока R _И, т.е. U _{З 0} = I _{C 0} R _И. Это напряжение через резистор R _З прикладывается к затвору с полярностью, приоткрывающей транзистор. Изменяя R _И, можно изменять напряжение U _{З 0} и ток стока I _{C 0}, устанавливая его требуемое значение.

Рис.11.13. Усилитель на полевом транзисторе

Резистор, кроме функции автоматического смещения на затворе, выполняет функцию термостабилизации режима работы усилителя по постоянному току, стабилизируя I _{C 0}. Чтобы на сопротивлении R _И не выделялось напряжение за счет переменной составляющей тока стока I _C (это привело бы к ООС по переменному току), его шунтируют конденсатором C _И, емкость которого определяют из условия С _И >> 1 /ωR _И, где ω – частота усиливаемого сигнала.

Резистор R _З, включенный параллельно входному сопротивлению усилителя, которое очень велико (сопротивление p-n перехода исток – затвор), должен иметь соизмеримое с ним сопротивление.

Динамический режим работы полевого транзистора обеспечивается резистором в цепи стока R _C, с которого снимается переменный выходной сигнал при наличии входного усиливаемого сигнала. Обычно R _C << R _З; R _З ≈ R _ВХ. Коэффициент усиления каскада на полевом транзисторе в области средних частот определяется равенством

К_U = – S R _{C ~}, (11.11)

где S – статическая крутизна характеристики полевого транзистора;

R _{C ~} = R _C R _Н / (R _С + R _Н ). (11.12)

Знак «–» в выражении 11.11 указывает, что усилительный каскад с ОИ меняет фазу усиливаемого сигнала на 180º (как в усилительном каскаде с ОЭ).

В этой схеме можно обеспечить любой из описанных классов усиления, однако наиболее часто она используется в режиме класса А при построении входных каскадов усилителей. Объясняется это следующими преимуществами полевого транзистора перед биполярным:

- большее входное сопротивление, что упрощает его согласование с высокоомным источником сигнала;

- как правило, меньший коэффициент шума, что делает его более предпочтительным при усилении слабых сигналов;

- большая собственная температурная стабильность режима покоя.

Вместе с тем каскады на полевых транзисторах обычно обеспечивают получение меньшего коэффициента усиления по напряжению.

Из-за схожести выходных ВАХ графический анализ работы усилительного каскада на полевом транзисторе идентичен рассмотренным ранее случаям усилителя на биполярном транзисторе.