Схемотехника аналоговых электронных устройств

Координаты рабочей точки определяются соотношениями:

U_с0 ≥ U_вых + U_R,

где U_R — граница области управляемого сопротивления на выходных статических характеристиках транзистора (рисунок 2.30),

U_R ≈ (1…2) В;

I_с0 ≥ U_вых/R_≈,

где R_≈= R_с∥R_н — сопротивление нагрузки каскада по переменному току;

),

где U_отс — напряжение отсечки, I_си — ток стока при U_зи=0 В (либо при U_зи=2U_отс для ПТ в режиме обогащения, см. рисунок 2.33 в подразделе 2.10).

С помощью резистора R_и, помимо задания необходимого напряжения смещения, в каскад вводится ООС, способствующая термостабилизации (у ПТ как и у БТ наблюдается сильная температурная зависимость параметров), на частотах сигнала эта ОС устраняется путем включения C_и.

Графически проиллюстрировать работу каскада с ОИ можно, используя проходные и выходные статические характеристики ПТ, путем построения его динамических характеристик. Построение во многом аналогично каскаду с ОЭ и отдельно не рассматривается.

Нетрудно показать, что каскад с ОИ, как и каскад с ОЭ, инвертирует входной сигнал.

На рисунке 2.31 а,б,в приведены, соответственно, малосигнальные схемы для областей СЧ,НЧ, и ВЧ.

Рисунок 2.31. Схемы каскада с ОИ для СЧ, ВЧ и НЧ

Для расчета параметров усилительного каскада по переменному току удобно использовать методику, описанную в разделе 2.3, а ПТ представить моделью, предложенной в разделе 2.4.2.

 В результате расчета в области СЧ получим:

K₀ = S₀R_экв,

где R_экв= R_с∥R_н;

g_вх ≈ 1/R_з,

g_вых ≈ g_с = 1/R_з.

Эти соотношения получены в предположении, что низкочастотное значение внутренней проводимости транзистора g_22э много меньше g_с и g_н. Это условие (если не будет оговорено особо) будет действовать и при дальнейшем анализе усилительных каскадов на ПТ.

В области ВЧполучим:

,

где τ_в — постоянная времени каскада в области ВЧ, τ_в≈C_нR_экв;

где C_вхдин = C_зи + C_зс(1 + K₀);

Выражения для относительного коэффициента передачи Y_в и коэффициента частотных искажений M_в и соотношения для построения АЧХ и ФЧХ каскада с ОК аналогичны приведенным в разделе 2.5 для каскада с ОЭ.

 В области НЧполучим:

K_н = K₀/(1 + 1/jωτ_н),

где τ_н — постоянная времени разделительной цепи в области НЧ. далее все так же, как для каскада с ОЭ.

2.10. Термостабилизация режима каскада на ПТ

 Различают, по крайней мере, шесть типов ПТ, показанные на рисунке 2.32.

Рисунок 2.32. Основные типы ПТ

Проходные характеристики n-канальных ПТ в режиме обогащения, смешанном и обеднения приведены, соответственно на рисунке 2.33 а,б,в, для p-канальных ПТ они будут отличаться противоположной полярностью питающих напряжений.

Рисунок 2.33. Проходные характеристики ПТ

С помощью рассмотренной схемы автосмещения (рисунок 2.29) возможно обеспечение требуемого режима по постоянному току для ПТ, имеющих проходную характеристику, изображенную на рисунке 2.33а, и — (при отрицательном смещении) — на рисунке 2.33б. Более универсальной схемой питания ПТ является схема с делителем в цепи затвора (рисунок 2.34), способная обеспечить любую полярность напряжения смещения U_зи0.

Рисунок 2.34. Схема питания ПТ с делителем в цепи затвора

В [1] приведен ряд полезных практических соотношений:

где соответствующие токи показаны на рисунке 2.33, а S_си — крутизна при токе стока равном I_си.

В ПТ температурная нестабильность тока стока обусловлена следующими факторами (при росте температуры):

◆ увеличением тока стока за счет теплового смещения проходных характеристик (как и в БТ) при малых значениях тока покоя стока I_с0;

◆ уменьшением тока стока за счет удельного сопротивления канала в широком диапазоне изменения тока покоя стока I_с0.

Следовательно, у некоторых типов ПТ возможно существование термостабильной точки покоя (рисунок 2.35).

Рисунок 2.35. Температурная зависимость тока стока

Координаты термостабильной точки и соответствующую им крутизну можно приближенно оценить по следующим соотношениям [1]:

U_зT ≈ U_отс – 0,63 В;

I_сT = 0,4·I_си/U²_отс ≈ (0,1…0,6) мА;

S_0T ≈ I_сT/0,32.

Поскольку ток I_сT относительно мал, можно сделать вывод, что широком диапазоне изменений тока стока последний уменьшается с ростом температуры.

 Рассмотренные основные схемы питания ПТ осуществляют термостабилизацию режима за счет ООС (последовательной по постоянному току) аналогично каскаду на БТ, т.е. уход тока стока уменьшается в (1 + S₀R_и) раз. Собственно ΔI_с0 определяется по справочным данным, составляющую теплового смещения проходных характеристик можно определить по аналогии с БТ. Отрицательная температурная зависимость тока стока ПТ может быть использована в целях термокомпенсации каскадов на БТ.

2.11. Усилительный каскад на полевом транзисторе с ОС

 Вариант схемы каскада с ОС с автосмещением приведен на рисунке 2.36, схемы для областей СЧ,ВЧ и НЧ приведены, соответственно, на рисунках 2.37а,б,в.