Усилители с общим истоком

Для построения усилителя на ПТ с управляющим p-n-переходом (рис. 13.1) достаточно применить рассмотренную в предыдущей лекции схему транзисторного источника тока с автоматическим смещением (рис. 12.7), добавив резистор, соединяющий затвор с землей. Сигнал подается на затвор транзистора.

Рис. 13.1.Схема усилителя с общим истоком на n-канальном ПТ
с управляющим p-n-переходом

Работа усилителя осуществляется на участках выходных (стоковых) характеристик, соответствующих насыщению, т.е. при U_СН < U_С < U_Сmax. При этом ток стока I_С для заданного U_ЗИ начинает быть постоянным и не зависит от нагрузки.

Управляемый ток в канале будет максимален при U_ЗИ = 0. Для
n-канального транзистора чем U_ЗИ более отрицательно, тем сильнее перекрывается канал и меньший ток протекает через него. Для рассматриваемой схемы U_З ≈ 0, так как через резистор R протекает весьма малый ток.

За счет протекания тока стока через канал будет некоторое падение напряжения U_И = I_СR_С > 0. Поэтому относительно истока U_ЗИ = U¢_ЗИ = U_З – U_И »
» –U_И < 0, что и требуется для n-канального ПТ.

Изменение входного сигнала U_ВХ относительно заданного смещения U'_ЗИ будет приводить к соответствующим изменениям тока через канал. При условии симметричности изменения сигнала на выходе, т.е. U_C = 0,5U_CC = U_CC – I_CR_C =
= I_CR_C, коэффициент передачи будет определяться:

,

где – крутизна стоково-затворной характеристики.

Рис. 13.2.Стоково-затворные и стоковые характеристики для n-канального ПТ

Изменение сигнала на затворе приведет к следующим изменениям: ↕u_ВХ→↕i_С→↕S→↕К_U. Поэтому при изменении напряжения на затворе в течение периода сигнала происходит изменение коэффициента усиления, что приводит к нелинейным искажениям, аналогичным искажениям в схеме с заземленным эмиттером.

Если обеспечить U_З ≈ U_И за счет (условие хорошего ИП), а постоянное напряжение на стоке выбрать из условия симметричности сигнала , то коэффициент передачи по напряжению можно определять по формуле .

Кроме этого, при расчетах подобных каскадов усилителей используют следующие параметры полевого транзистора:

1. S = f(U_ЗИ). Если известна данная зависимость, то можно оценить нелинейные искажения.

2. Известно некоторое значение крутизны S₀при заданном токе стока I_С0, т.е. задается одна определенная точка. Тогда крутизну в любой другой точке стоково-затворной характеристики можно пересчитать по формуле .

Крутизна ПТ значительно ниже, чем у биполярного транзистора. Коэффициент усиления К_U также ниже примерно в 20 раз. Поэтому усилители на ПТ целесообразно применять в тех случаях, когда необходимы их уникальные свойства – это в первую очередь высокое входное сопротивление и низкий уровень шума.

Аналогичным образом задается смещение и для МОП-транзисторов со встроенным каналом.

Для МОП-транзисторов с индуцированным каналом напряжение смещения на затвор U'_ЗИнеобходимо подавать с делителя, питаемого от источника напряжения для стока. При этом резисторы смещения могут иметь достаточно большие сопротивления (МОм), поскольку ток утечки затвора очень мал.

Рис. 13.3.Схема усилителя с общим истоком на n-канальном МОП-транзисторе

В схемах усилителей на ПТ, как и в схемах усилителей с ОЭ на биполярных транзисторах, применяется шунтирование истокового резистора R_И конденсатором С_И. Это позволяет обеспечить необходимые режимы ПТ по постоянному току и одновременно увеличить коэффициент усиления в диапазоне рабочих частот. Соображения по выбору величины шунтирующего конденсатора аналогичны выбору в схеме с ОЭ.

Рис. 13.4.Шунтирование резистора в усилителе с общим истоком