Усилительные каскады на полевых транзисторах

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.