Каскад на полевом транзисторе

Недостатками усилительных каскадов с применением биполярных транзисторов являются:

1) относительно малое входное сопротивление, что не позволяет применять их в схемах с высокоомными источниками сигнала;

2) сильная зависимость характеристик от температуры.

В значительной мере недостатков биполярных транзисторов лишён полевой транзистор. В усилительных каскадах полевой транзистор может быть включен по схеме с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) или общим затвором (ОЗ). Чаще всего используется схема с общим истоком, поскольку она даёт усиление по току, напряжению и наибольшее усиление по мощности. Схема каскада ОИ приведена на лицевой панели лабораторной установки. Входной сигнал подаётся между затвором и общей шиной. Выходным напряжением является переменное напряжение между стоком и общей шиной. Назначение конденсаторов и такое же, как и в схемах на биполярных транзисторах. Входной управляющей величиной в полевом транзисторе является напряжение между затвором и истоком. При изменении этого напряжения изменяются ток в цепи стока и напряжение на резисторе , а, следовательно, и на транзисторе.

В схеме резисторы и обеспечивают режим покоя каскада. Кроме того, резистор стабилизирует режим покоя аналогично резистору в каскаде ОЭ. Через резистор на затвор подаётся необходимое напряжение покоя , которое определяется падением напряжения на резисторе от тока стока: . Сопротивление резистора должно быть в несколько раз меньше внутреннего сопротивления промежутка исток – затвор для того, чтобы исключить влияние температуры на входной ток каскада. Поскольку промежуток исток – затвор является p-n -переходом, включенным в обратном направлении, и его сопротивление очень велико, сопротивление может составлять 0,1÷ 0,5 МОм.

Выходные характеристики для каскада с общим истоком можно найти графически, подобно тому, как это делается для каскада на биполярных транзисторах. На рис. 4.2 приведены выходные характеристики полевого транзистора, дающие зависимость тока стока от напряжения сток – исток: при заданном значении напряжения затвор – исток . Ток стока и напряжение сток – исток в режиме покоя зависят от сопротивлений и .

При наличии переменного сигнала на входе каскада ток стока изменяется. Это приводит к изменению напряжения сток – исток за счёт изменения падения напряжения на резисторе . Для обеспечения неискажённой формы выходного напряжения изменение мгновенных значений тока стока должно ограничиваться участком линии нагрузки по переменному току, пересекающим линейные участки выходных характеристик транзистора, расположенные на равных расстояниях при равных изменениях напряжения на затворе (см. рис. 4.2).

Рис. 4.2. Выходные характеристики полевого транзистора и линии нагрузки

Рис. 4.3. Эквивалентная схема каскада ОИ на полевом транзисторе

Для расчёта каскада по переменному току применяется эквивалентная схема, приведенная на рис. 4.3. Входное сопротивление каскада . Из эквивалентной схемы рис. 4.3 получаем выражения для коэффициента усиления по напряжению и выходного сопротивления каскада:

.	(4.6)
.	(4.7)

Дифференциальная крутизна стокозатворной характеристики

.

(4.8)

Вследствие большого входного сопротивления каскады на полевых транзисторах часто применяются как входные каскады в многокаскадных усилителях на биполярных транзисторах.