А. Красько - Схемотехника аналоговых электронных устройств

L выхОК = r б /2π f Tm

где m=(1,2…1,6).

Выражения для относительного коэффициента передачи Y в и коэффициента частотных искажений M в и соотношения для построения АЧХ и ФЧХ каскада с ОК аналогичны приведенным в разделе 2.5 для каскада с ОЭ.

В области НЧ получим:

K н = K 0/(1 + 1/ jωτ н ),

где τ н — постоянная времени разделительной цепи в области НЧ. далее все так же, как для каскада с ОЭ.

Характеристики БТ при различных схемах включения приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Характеристики БТ при различных схемах включения

Среди усилительных каскадов, выполненных на полевых транзисторах, наиболее широкое применение получил каскад, в котором ПТ включен по схеме с общим истоком. На рисунке 2.29 приведена принципиальная схема наиболее распространенного варианта каскада с ОИ с цепью автосмещения, служащей для обеспечения режима работы ПТ по постоянному току.

Если БТ разделяется на два типа — p-n-p и n-p-n, отличающиеся противоположными полярностями питающих напряжений, то разновидностей ПТ существует, по меньшей мере, шесть. Рассмотрим схему рисунка 2.29, где изображен ПТ с p-n переходом и n-каналом. Анализ каскадов на других типах ПТ будет отличаться лишь в незначительных деталях.

Рисунок 2.29. Усилительный каскад с ОИ

Выходные статические вольтамперные характеристики (ВАХ) ПТ представлены на рисунке 2.30. В отличие от БТ, у ВАХ ПТ имеется значительная область управляемого сопротивления, в которой возможно использование ПТ в качестве электронного управляемого резистора. В качестве усилительного элемента ПТ используется в области усиления.

Рисунок 2.30. Выходные статические характеристики ПТ

В отсутствие входного сигнала каскад работает в режиме покоя. С помощью резистора R и задается напряжение смещения U 0= I с 0· R и , которое определяет ток покоя стока I с 0.

Координаты рабочей точки определяются соотношениями:

U с 0 ≥ U вых + U R ,

где U R — граница области управляемого сопротивления на выходных статических характеристиках транзистора (рисунок 2.30),

U R ≈ (1…2) В;

I с 0 ≥ U вых / R ≈,

где R ≈= R с ∥ R н — сопротивление нагрузки каскада по переменному току;

),

где U отс — напряжение отсечки, I си — ток стока при U зи =0 В (либо при U зи =2 U отс для ПТ в режиме обогащения, см. рисунок 2.33 в подразделе 2.10).

С помощью резистора R и , помимо задания необходимого напряжения смещения, в каскад вводится ООС, способствующая термостабилизации (у ПТ как и у БТ наблюдается сильная температурная зависимость параметров), на частотах сигнала эта ОС устраняется путем включения C и .

Графически проиллюстрировать работу каскада с ОИ можно, используя проходные и выходные статические характеристики ПТ, путем построения его динамических характеристик. Построение во многом аналогично каскаду с ОЭ и отдельно не рассматривается.

Нетрудно показать, что каскад с ОИ, как и каскад с ОЭ, инвертирует входной сигнал.

На рисунке 2.31 а,б,в приведены, соответственно, малосигнальные схемы для областей СЧ,НЧ, и ВЧ.

Рисунок 2.31. Схемы каскада с ОИ для СЧ, ВЧ и НЧ

Для расчета параметров усилительного каскада по переменному току удобно использовать методику, описанную в разделе 2.3, а ПТ представить моделью, предложенной в разделе 2.4.2.

В результате расчета в области СЧ получим:

K 0= S 0 R экв ,

где R экв = R с ∥ R н ;

g вх ≈ 1/ R з ,

g вых ≈ g с = 1/ R з .

Эти соотношения получены в предположении, что низкочастотное значение внутренней проводимости транзистора g 22э много меньше g с и g н . Это условие (если не будет оговорено особо) будет действовать и при дальнейшем анализе усилительных каскадов на ПТ.

В области ВЧ получим:

,

где τ в — постоянная времени каскада в области ВЧ, τ в ≈ C нR экв ;

где C вхдин = C зи + C зс (1 + K 0);

Выражения для относительного коэффициента передачи Y в и коэффициента частотных искажений M в и соотношения для построения АЧХ и ФЧХ каскада с ОК аналогичны приведенным в разделе 2.5 для каскада с ОЭ.

В области НЧ получим:

K н = K 0/(1 + 1/ jωτ н ),

где τ н — постоянная времени разделительной цепи в области НЧ. далее все так же, как для каскада с ОЭ.

Различают, по крайней мере, шесть типов ПТ, показанные на рисунке 2.32.

Рисунок 2.32. Основные типы ПТ

Проходные характеристики n-канальных ПТ в режиме обогащения, смешанном и обеднения приведены, соответственно на рисунке 2.33 а,б,в, для p-канальных ПТ они будут отличаться противоположной полярностью питающих напряжений.

Рисунок 2.33. Проходные характеристики ПТ

С помощью рассмотренной схемы автосмещения (рисунок 2.29) возможно обеспечение требуемого режима по постоянному току для ПТ, имеющих проходную характеристику, изображенную на рисунке 2.33а, и — (при отрицательном смещении) — на рисунке 2.33б. Более универсальной схемой питания ПТ является схема с делителем в цепи затвора (рисунок 2.34), способная обеспечить любую полярность напряжения смещения U зи 0.