Дополнительный материал к лекции 9 для самостоятельной работы
В усилителях с непосредственными связями могут быть использованы униполярные транзисторы и с изолированным затвором (МОП - транзисторы), и с управляющим р-п - переходом. Но особенно хорошо для этой цели подходят МОП -транзисторы. Поскольку затвор МОП - транзистора по существу действует как конденсатор, а не как p-n-переход, отпадает необходимость конденсаторах межкаскадных связей. По этой причине, теоретически отпадает проблема низкочастотных ограничений переменного сигнала. Однако на практике входная емкость в сочетании со внутренним сопротивлением источника сигнала может образовать RC- фильтр верхних частот и тем самым вызвать некоторое ослабление сигнала на низких частотах.
Рисунок 1.60 – Схема усилителя постоянного тока на МОП -
транзисторах
На рисунке 1.60 приведена схема трехкаскадного усилителя на МОП-
транзисторах. Отметим, что все три транзистора одного типа и все три стоковых
сопротивления (R2, R3, R4 ) равны. Такая структура упрощает расчеты. На первый взгляд может показаться, что все три каскада работают при нулевом смещении.
Однако, при протекании тока в цепи стока на соответствующем стоковом резисторе создается некоторое падение напряжения, определяющее потенциал стока транзистора, а значит, и потенциал затвора транзистора следующего каскада. На затворе первого транзистора начальный потенциал по существу равен потенциалу стока транзистора последнего каскада благодаря наличию резистора обратной связи R5. Через резистор R5в отсутствие сигнала ток не течет, за исключением тока утечки через затвор.
Рабочая точка. Определение подходящей рабочей точки усилителя означает
нахождение компромисса между требуемым выходным сигналом, характеристиками МОП- транзистора и напряжением источника питания. Например, пусть требуемый на выходе усилителя сигнал характеризуется максимальным размахом напряжения 7 В, напряжение источника питания 24 В, и в цепи стока протекает ток Iс= 0,55 мА, если напряжение между затвором и истоком Uзи= 7 В. При этих условиях подходящей будет рабочая точка, когда потенциал стока равен 7 В, и обеспечивается без нелинейных искажений выходной сигнал с размахом 7 В. В процессе усиления потенциал стока будет изменяться в пределах от 3,5 В до 10,5 В, около рабочей точки 7 В. На стоковых резисторах в рабочей точке должно падать напряжение 24— 7 = 17 В при токе 0,55 мА, откуда следует, что резисторы R2, R3 и R4должны быть приблизительно равны 17/0,55 = 31 кОм (принимаем значение 30 кОм).
На последовательный резистор R1 должен быть подан постоянный уровень, соответствующий рабочей точки. Например, если потенциал в рабочей точке равен - 7 В, то потенциал на входе также должен быть равен - 7 В. При каком –либо потенциале на входе рабочая точка будет смещаться.
Результирующее усиление напряжения зависит от коэффициента усиления без цепи обратной связи Кu.обр. и сопротивления резистора обратной связи R5. Входное сопротивление схемы приблизительно равно R1, коэффициент усиления приблизительно равен отношению R5/R1. разумеется изменяя отношение R5 /R 1, нельзя получить усиление, превышающее коэффициент усиления без обратной связи. Вообще, чем больше отношение коэффициента усиления с разомкнутой обратной связью к коэффициенту усиления с замкнутой обратной свзью, тем выше стабильность схемы.