Работа полевого транзистора в усилительном режиме

Принцип работы усилителя на ПТ можно пояснить с помощью упрощенной принципиальной схемы, изображенной на рис. а. Во входную цепь (затвор ПТ) включены источник сигнала U_Зm и источник смещения U_СМ, который определяет рабочую точку на характеристиках транзистора. В цепь стока включены источник питания U_П и сопротивление нагрузки R_С.

а) б)

Рис

Работа такого усилителя поясняется временными диаграммами токов и напряжений, изображенными на рис. а-в).

Рис.

При U_Зm =0 постоянный ток стока I_СО будет определяться напряжением на затворе U_ЗИ=U_СМ и напряжением на стоке U_С0= U_П – I_{С 0} × R_С.

Во время положительного полупериода входного напряжения U_Зm (рис., а) напряжение на затворе увеличивается, что вызывает рост тока стока (рис.,б) и уменьшение напряжения U_СИ за счет увеличения падения напряжения на сопротивлении R_С (рисунок, в). При этом переменное напряжение на выходе, обусловленное переменной составляющей тока стока, оказывается инвертируемым относительно входного.

Коэффициент передачи усилителя по напряжению определяется следующим

образом

Напряжение сигнала на стоке равно

Откуда ток равен . Подставляя в уравнение

Получаем

Учитывая, что R_i >> R_C получаем

Знак минус означает, что сигнал на выходе инвертирован относительно входного.

S-параметр для определения К_U должен соответствовать рабочей точке на характеристиках транзистора.

Рабочая точка на выходных характеристиках ПТ определяется следующим образом.

Напряжение питания усилителя распределяется на ПТ и сопротивлении нагрузки R_C.

Отсюда

Рабочую точку можно найти из решения системы уравнений

Однако аналитически это сложная процедура.

Графическое решение уравнений выглядит следующим образом (рис.)

Уравнение (1) – это выходные характеристики ПТ. Уравнение (2) – прямая, пересекающая оси координат: ось абсцисс в точке U_СИ=U_П, ось ординат I_С= U_П/R_С (на рис. U_П=10 В, U_П/R_С=5 мА). Эта прямая имеет название – нагрузочная прямая.

Положение рабочей точки определяется пересечением нагрузочной прямой с соответствующей характеристикой напряжения на затворе (при напряжении на затворе U_ЗИ=0 В это точка 1, при U_ЗИ=-0,5 В – точка 2 и т.д.) Если соответствующая характеристика отсутствует, её надо достроить.

в) б)

Рис.

Выше рассмотренная схема сложна в реализации, т.к. требует два источника питания (U_П и U_СМ). На рис. приведена реальная схема усилителя на ПТ.

Резистор в цепи истока R_И задает смещение, т.е. рабочую точку. Падение напряжения на нём приложено к участку затвор-исток. Величина R_И равна

.

С_И ёмкость, шунтирующая R_И для исключения отрицательной обратной связи по сигналу.

R_З сопротивление утечки тока затвора. Т.к. ток затвора составляет наноамперы, то сопротивление этого резистора составляет сотни килоом.

С₁ разделительная ёмкость, служит для исключения постоянной составляющей от источника сигнала.

Дата добавления: 2015-07-16