Усилитель постоянного тока на полевых транзисторах

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 I_с= 0,55 мА, если напряжение между затвором и истоком U_зи= 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 К_u.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.