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_С0и соответствующим ему постоянным напряжением на стоке U_СИ0 (для биполярного транзистора I_K0 и U_КЭ0).

Ток I_С0 в выходной (стоковой) цепи устанавливается с помощью источника питания Е_ПИТ и начального напряжения смещения на затворе U_З0 отрицательной полярности (для полевого транзистора с p-каналом – положительной полярности). В свою очередь, напряжение U_З0 обеспечивается за счет того же самого тока I_С0, протекающего через резистор в цепи истока R_И, т.е. U_З0=I_C0 R_И. Это напряжение через резистор R_З прикладывается к затвору с полярностью, приоткрывающей транзистор. Изменяя R_И, можно изменять напряжение U_З0 и ток стока I_C0, 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_C0. 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_CR_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.