Каскады на полевых транзисторах получили в настоящее время широкое распространение, т.к. они обладают существенно большим входным сопротивлением по сравнению с усилительными каскадами на биполярных транзисторах. Наиболее часто используется каскад с общим истоком.
Рисунок 4 - Схема каскада усиления на полевом транзисторе
Резистор R1 в цепи затвора обеспечивает в режиме покоя равенство потенциалов затвора и общей точки усилительного каскада. Резистор R2, включенный в цепь стока, служит для выделения усиленного сигнала. Резистор R3, включенный в цепь истока, создает необходимое падение напряжения смещения между затвором и истоком в режиме покоя Uз0. Конденсаторы С1 и С2 разделяют по постоянному току от каскада, соответственно, источник сигнала и нагрузку. Конденсатор С3 устраняет последовательную по входу и по выходу отрицательную обратную связь по переменному току.
Коэффициент усиления тока в таких каскадах не рассматривается. Коэффициент усиления напряжения определяется формулой:
|
|
Входное сопротивление каскада ОИ определяется сопротивлением в цепи затвора R1, поскольку входное сопротивление самого полевого транзистора очень велико (порядка 10^8 Ом). Обычно входное сопротивление таких каскадов составляет приблизительно 10^6 Ом.
Истоковый повторитель: схема и основные соотношения.
Схема с общим стоком обладает значительно большим входным сопротивлением, чем схема с общим истоком. В большинстве случаев, однако, это не имеет особого значения, поскольку оно достаточно велико и для схем с общим истоком. Преимуществом такой схемы является то, что она существенно уменьшает входную емкость каскада. В отличие от эмиттерного повторителя выходное сопротивление истокового повторителя не зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала.
Усилительный каскад на полевом транзисторе
Усилительные каскады на полевых транзисторах обладают большим входным сопротивлением.
В этом каскаде резистор Rc, с помощью которого осуществляется усиление, включен в цепь стока. В цепь истока включен резистор Rи,создающий необходимое падение напряжения в режиме покояU30,являющееся напряжением смещения между затвором и истоком.
Резистор в цепи затвора R3обеспечивает в режиме покоя равенство потенциалов затвора и общей точки усилительного каскада. Следовательно, потенциал затвора ниже потенциала истока на величину падения напряжения на резисторе Rи от постоянной составляющей токаIи0.Таким образом, потенциал затвора является отрицательным относительно потенциала истока.
Входное напряжение подается на резистор R3через разделительный конденсатор С.При подаче переменного входного напряжения в канале полевого транзистора появляются переменные составляющие тока истокаiии тока стокаiс, причемiиiс. За счет падения напряжения на резисторе Rиот переменной составляющей тока iи,переменная составляющая напряжения между затвором и истоком, усиливаемая полевым транзистором, может быть значительно меньше входного напряжения:
|
|
Это явление, называемое отрицательной обратной связью, приводит к уменьшению коэффициента усиления усилительного каскада. Для его устранения параллельно резистору Rивключают конденсатор Си, сопротивление которого на самой низкой частоте усиливаемого напряжения должно быть во много раз меньше сопротивления резистора Rн.При этом условии падение напряжения от тока истока iи на цепочке Rи—Си, называемой звеном автоматического смещения, очень небольшое, так что по переменной составляющей тока исток можно считать соединенным с общей точкой усилительного каскада.
Выходное напряжение снимается через конденсатор связи Сс между стоком и общей точкой каскада, т. е. оно равно переменной составляющей напряжения между стоком и истоком.
Обратные связи в усилителях
Обратной связью в усилителях называют подачу части (или всего) выходного сигнала усилителя на его вход.
Обратные связи в усилителях обычно создают специально. Однако иногда они возникают самопроизвольно. Самопроизвольные обратные связи называют паразитными.
Если при наличии обратной связи входное напряжение uвх складывается с напряжением обратной связи uос,в результате чего на усилитель подается увеличенное напряжение u1,то такую обратную связь называют положительной.
Если после введения обратной связи напряжения u1на входе иuвыхна выходе усилителя уменьшаются, что вызывается вычитанием напряжения обратной связи из входного напряженияuвх, то такую обратную связь называют отрицательной.
Все обратные связи делятся на обратные связи по напряжению и по току.В обратной связи по напряжениюuoc=βuвых, где β — коэффициент передачи четырехполюсника обратной связи. В обратной связи по токуuос=Rосiвых, гдеRос— взаимное сопротивление выходной цепи и цепи обратной связи. Кроме того, все обратные связи подразделяют на последовательные, при которых цепи обратной связи включают последовательно с входными цепями усилителя, и параллельные, когда цепи обратной связи включают параллельно входным цепям усилителя.
Влияние отрицательной обратной связи на коэффициент усиления.
Вывод: введение отрицательной обратной связи уменьшает коэффициент усиления усилителя в 1+βК раз.
Введение положительной обратной связи повышает коэффициент усиления усилителя. Однако положительная обратная связь в электронных усилителях практически не применяется, так как при этом, как будет показано далее, стабильность коэффициента усиления значительно ухудшается.
Несмотря на снижение коэффициента усиления, отрицательную обратную связь в усилителях применяют очень часто. В результате введения отрицательной обратной связи существенно улучшаются свойства усилителя:
а) повышается стабильность коэффициента усиления усилителя при изменениях параметров транзисторов;
б) снижается уровень нелинейных искажений;
в) увеличивается входное и уменьшается выходное сопротивления усилителя, и т. д.
Для оценки стабильности коэффициента усиления усилителя с обратной связью следует определить его относительное изменение:
Вывод: всякое изменение коэффициента усиления ослабляется действием отрицательной обратной связи в 1+βК раз.
Если значение βК много больше единицы, что представляет собой глубокую отрицательную обратную связь, то
|
|
В случае положительной обратной связи стабильность коэффициента усиления ухудшается:
Введение последовательной обратной связи по напряжению увеличивает входное сопротивление.
Схема усилителя с параллельной обратной связью:
При глубокой отрицательной обратной связи
Виды паразитных обратных связей:
1) паразитная связь между каскадами через цепи питания;
2) емкостная (электростатическая) связь, обусловленная паразитными емкостями между выходом и входом усилителя;
3) магнитная связь, появляющаяся при близком расположении входных и выходных трансформаторов усилителя.