Схемотехника аналоговых электронных устройств - А. Красько

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 = S0Rэкв,

где Rэкв= Rс∥Rн;

gвх ≈ 1/Rз,

gвых ≈ gс = 1/Rз.

Эти соотношения получены в предположении, что низкочастотное значение внутренней проводимости транзистора g22э много меньше gс и gн. Это условие (если не будет оговорено особо) будет действовать и при дальнейшем анализе усилительных каскадов на ПТ.

В области ВЧ получим:

,

где τв — постоянная времени каскада в области ВЧ, τв≈CнRэкв;

где Cвхдин = Cзи + Cзс(1 + K0);

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

 В области НЧ получим:

Kн = K0/(1 + 1/jωτн),

где τн — 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 Uзи0.

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 Sси — крутизна при токе стока равном Iси.

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 Iс0;

◆ уменьшением тока стока за счет удельного сопротивления канала в широком диапазоне изменения тока покоя стока Iс0.

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]:

UзT ≈ Uотс – 0,63 В;

IсT = 0,4·Iси/U²отс ≈ (0,1…0,6) мА;

S0T ≈ IсT/0,32.

Поскольку ток IсT 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 + S0Rи) раз. Собственно ΔIс0 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.

Рисунок 2.36. Усилительный каскад с ОС

Рисунок 2.37. Схемы каскада с ОС для СЧ, ВЧ и НЧ

Каскад с ОС называют еще "истоковым повторителем" или "повторителем напряжения, т.к., аналогично каскаду с ОК, можно показать, что коэффициент передачи по напряжению этого каскада меньше единицы, и что каскад с ОС не инвертирует фазу входного сигнала.

Графический анализ работы усилительного каскада с ОС проводится как для ОЭ (см. раздел 2.5).

Для расчета параметров каскада с ОС по переменному току используем методику раздела 2.3, а ПТ представлять моделью предложенной в разделе 2.4.2.

 Проведя анализ, получим для области СЧ:

,

где Rэкв= Rи∥Rн, F = 1 + S0Rэкв — глубина ООС;

Rвх ≈ Rз,

Rвых = Rи ∥ Rвых T,

где Rвых T — выходное сопротивление собственно транзистора, Rвых T ≈ 1/S0.

В целом

Rвых T ≈ 1/S0,

потому, что, как правило, Rи >> 1/S0.

В области ВЧ получим:

где τв  — постоянная времени каскада в области ВЧ, определяемая аналогично ОИ;

Yвх ≈ 1/Rз + jωCвх дин,

где Cвх дин = Cзи + Cн·(K0 + 1);

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

В области НЧ получим:

Kн = K0/(1 + 1/jωτн),

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

Усилительный каскад с ОЗ (рисунок 2.38) на практике используется редко, поэтому отдельно рассматриваться не будет. Отметим только, входное сопротивление каскада определяется аналогично выходному для истокового повторителя (≈1/S0), а остальные параметры — аналогично ОИ.

Рисунок 2.38. Усилительный каскад с ОЭ

Характеристики ПТ при различных схемах включения приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Характеристики ПТ при различных схемах включения

2.12. Временные характеристики усилительных каскадов