2.5. Усилитель на полевом транзисторе, включенном по схеме с общим истоком.

Принципиальная схема усилителя приведена на рис.2.18.

Рис. 2.18. Принципиальная схема усилителя

Принцип построения схемы аналогичен схеме усилителя на биполярном транзисторе, включенном с ОЭ.

В данной схеме , , образуют цепочку автоматического смещения. На происходит падение напряжения, обусловленное током стока, которое передается на затвор через резистор , и определяет положение рабочей точки, т.е. режим работы транзистора по постоянному току транзистора. В режиме переменного тока резистор шунтирован емкостью , не нарушая тем самым положение точки покоя, определенное в режиме по постоянному току.

Расчет по постоянному току.

Выбор полевого транзистора производится аналогично биполярному – по предельно допустимым значениям , , и . Выходную цепь усилителя можно описать следующей системой уравнений:

Первое уравнение представляет собой уравнение нагрузочной прямой, а второе – выходные характеристики транзистора. Графоаналитическое решение этой системы представлено на рис.2.19. Здесь , , - напряжение между стоком и истоком, ток стока и напряжение затвор-исток в точке покоя «О».

Рис. 2.19. Выходные характеристики полевого транзистора

В режимах ХХ и КЗ определяют крайние точки нагрузочной прямой.

Режим ХХ: ; .

Режим КЗ: ; .

При проектировании каскада проводят нагрузочную линию соответствующим образом и, зная , определяют суммарное сопротивление :

.

За счет тока создается падение напряжения на , «+» этого напряжения подается на затвор через резистор (см. рис.2.18), «-« приложен к источнику, что и обуславливает напряжение смещения. Следовательно, потеря напряжения на должна обеспечивать напряжение :

.

Емкость выбирается из условия, чтобы при подаче входного переменного сигнала выполнялось неравенство:

,

где - минимальная частота усиливаемого входного сигнала.

Так как напряжение смещения передается на затвор через резистор , то зная (оговаривается в справочнике), можно определить максимальное значение , при котором . Для полевых транзисторов с p-n – переходом порядка 1 МОм.

Расчет схемы по переменному току.

Полная линейная модель усилителя будет иметь вид, показанный на рис.2.20.

В диапазоне средних звуковых частот, аналогично RC-усилителям на биполярных транзисторах, конденсаторами и , а также емкостями , и можно пренебречь. Исходя из этого, модель усилителя для средних звуковых частот будет иметь вид, представленный на рис.2.21.

Рис. 2.20. Схема замещения усилителя

Коэффициент усиления схемы по напряжению.

Выходное напряжение можно записать в следующем виде:

,

Где , , .

Рис. 2.21. Модель усилителя в диапазоне средних звуковых частот

Так как для маломощных транзисторов порядка сотен кОм, - единицы МОм, а - десятки кОм, то .

Исходя из этого, можно записать:

.

При характерных значениях крутизны характеристики мА/В, получим .

Коэффициент усиления по току.

Коэффициент усиления по току определяется аналогично биполярным транзисторным каскадам:

.

Анализируя это выражение, получим . В сравнении с на биполярных транзисторах для схемы ОЭ, схема на полевых транзисторах ОИ имеет существенно больший коэффициент усиления.