Усилительный каскад по схеме с общим истоком

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 р-п-переходом, либо МДП-транзисторы со встроенным каналом.

На рис. 2.3.9 приведена типовая схема каскада на полевом транзисторе с управляющим р-п-переходом и каналом п-типа. В этой схеме, изменяя напряжение источника смещения Е_см, можно обеспечить работу в любом из описанных ранее классов усиления Однако наиболее часто эта схема используется в режиме класса А при построении входных каскадов усилителей. Объясняется это следующими преимуществами полевого транзистора перед биполярным:

Рис. 2.3.9. Обобщенная схема усилительного каскада на полевом транзисторе.

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

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

- большая собственная температурная стабильность режимов 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. По этой же причине, как уже отмечалось, схожи и используемые схемотехнические решения.

В полевом транзисторе с управляющим переходом полярности напряжений, приложенные к его стоку и затвору, должны быть противоположными. Поэтому для задания режима по постоянному току на практике широко используется введение в каскад последовательной ООС по току нагрузки. Схема такого каскада приведена на рис. 2.3.10, а.

Ее особенностью, кроме резистора является подключение параллельно входным выводам каскада дополнительного резистора R_см. Этот резистор обеспечивает гальваническую связь затвора с общей шиной, что необходимо для замыкания цепи смещения. Кроме этого он стабилизирует входное сопротивление каскада. Сопротивление резистора R_см выбирается меньше собственного входного сопротивления транзистора (обычно R_см<1МОм).

Следует отметить, что так как собственный входной ток полевого транзистора стремится к нулю, то падение напряжения на R_см от протекания тока смещения также стремится к нулю и напряжение смещения практически равно падению напряжения на .

Рис. 2.3.10. Задание режим покоя в усилительном каскаде на полевом транзисторе с управляющим р-п-переходом

В рассматриваемой схеме резистор выполняет двойную роль. Во-первых, он обеспечивает начальное смещение рабочей точки каскада и, во-вторых, вводит в него последовательную ООС по току нагрузки, что приводит к уменьшению усиления каскада и стабилизирует его рабочую точку.

Вопрос стабилизации положения рабочей точки каскада заслуживает особого рассмотрения. При изменении температуры окружающей среды на ток стока покоя действуют два противоположных фактора: увеличение сопротивления полупроводникового материала, что снижает величину , и уменьшение толщины р-п-перехода, что увеличивает значение . В результате действия этих двух противоположных факторов на передаточной характеристике транзистора можно найти точку, в которой ток стока не зависит от температуры окружающей среды. Если напряжение U_см выбрать так, чтобы транзистор работал этой точке, то температурная стабилизация каскада не требуется. К сожалению, такой выбор с точки зрения требований к каскаду не всегда возможен и полевой транзистор работает, как правило, при больших токах стока.

Для современных приборов температурный дрейф тока стока составляет порядка 0,6 %/°С. К тому же он отрицателен, что исключает в каскадах положительную ОС по температуре, свойственную биполярным транзисторам. Поэтому при работе в малых диапазонах изменения температуры окружающей среды можно вполне обойтись без цепей термостабилизации.