2.15 Расчёт каскада предварительного усиления на полевом транзисторе.
Схема каскада представлена на рис. 21.
Режим работы полевых транзисторов выбираем по семействам статических характеристик (рис.22).
При
работе со слабыми сигналами для
обеспечения большого значения крутизны
целесообразно работать при токе стока
,
что соответствует исходному напряжению
на затворе;
поскольку полевой транзистор в каскаде
предварительного усиления, то известны
следующие величины: коэффициент передачи
напряжение выхода
граничные частоты. Напряжение питания
берётся равным или на 2-3В меньше напряжения
питания последующего каскада. В тоже
время должно выполняться условие
.
В полевых транзисторах с управляющим р-n переходом и ПТМДП с встроенным каналом напряжения на стояке и затворе должны иметь различную полярность. В ПТМДП с индуцированным каналом – одинаковую полярность.
Тип транзистора выбирается из соотношений:
μ
(1,5
Сопротивление нагрузки стока:
Выбирается в соответствии с ГОСТом.
где:
внутреннее сопротивление ПТ, известно
из справочника.
На
семействе выходных характеристик из
(
строим динамическую характеристику
для значения
Исходная точка покоя находится ток, чтобы коэффициент нелинейных искажений был минимальным. Часто рабочая точка помещается на электрической середине рабочего участка динамической характеристики или смещается в сторону меньших напряжений стока.
Исходная
точка даст значение
на сквозной характеристике
отмечаем рабочую точку, определяем
величину
для исходной точки покоя.
Режим
работы полевых транзисторов значительно
меньше зависит от температуры, поэтому
обеспечить его температурную стабилизацию
проще, чем у биполярного. При изменениях
рабочей температуры от -
изменения тока
составляют от 1,6 до 0,8 его значения при
температуре
Если жестких требований к стабильности режима не предъявляется. Диапазон рабочих температур не велик, то можно обойтись вообще без стабилизации режима.
Для
обеспечения необходимо смещения, на
затвор и одновременно повышения
стабильности режима, можно применить
схему автоматического смещения.
Необходимая величина сопротивления
резистора
определится:
Выбираем в соответствии с ГОСТом.
Емкость
конденсатора
:
где:
крутизна характеристики в рабочей
точке.
Выбираем в соответствии с ГОСТом.
Вследствие
большой величины входного сопротивления
транзистора и малого обратного тока
затвора
резистора
может быть взят с большим сопротивлением,
достигающим десятки мегаом.
Для
повышения эффективности стабилизации
режима работы полевого транзистора,
необходимо увеличить глубину обратной
связи по постоянному току, что достигается
увеличением произведения
,
т.е.
,
тогда
,
однако при этом будет возрастать смещение
на затворе, и исходная точка попадает
в область нижнего изгиба переходной
характеристики. Чтобы устранить этот
недостаток, на затвор транзистора
следует подать дополнительное отпирающее
напряжение, что осуществляется с помощью
делителя
(рис. 24), для ПТ с изолированным затвором
обогащенного типа.
Напряжение на резисторе определится:
Сопротивление
определяется из соотношения:
Задавшись значением определяем:
Выбираем в соответствии с ГОСТом.
Коэффициент усиления каскада определяется:
Практический интерес представляет схема усиления на полевом транзисторе с плавающим смещением (рис. 25).
В
этой схеме смещения создаются за счет
тока затвора. Исходный режим соответствует
нулевому смещению на затворе
,
что соответствует работе с максимальным
током стока и максимальной крутизной
(см. рис. 22).
В
режиме усиления малых сигналов (
)
ток затвора практически не отличается
от исходного тока
,
входное сопротивление остаётся высоким.
При более сильных сигналах в отрицательный
полупериод колебаний подавляет ток
затвора, заряжающий конденсатор
полярностью указанной на рис. 25. Это
напряжение и является напряжением
смещения в рабочем режиме иначе
напряжение меняется с изменением
амплитуды входного сигнала. Скорость
изменения напряжения зависит от
постоянной времени разряда разделительного
конденсатора:
Постоянная времени разряда должна быть такой, чтобы обеспечивалось неискаженное усиление низкочастотных сигналов:
Выбирается в соответствии с ГОСТом.
Очень важно правильно выбирать величину емкости разделительного конденсатора. Если ёмкость достаточно мала, то при увеличении амплитуды входного сигнала энергия, расходуемая на заряд , будет незначительна и входное сопротивление каскада будет оставаться высоким. При большом значении емкости во время возрастания амплитуды входного сигнала будет иметь место заметное уменьшения входного сопротивления, что может привести к искажению сигнала.
Эту схему целесообразно применять при усилении слабых сигналов ( или при непрерывных сигналах с немедленными изменениями амплитуды).
Нестабильность тока стока для обеих схем определяется:
где:
,
наибольшая рабочая температура.
Общим
недостатком рассмотренных схем на
полевых транзисторах с разделительным
конденсатором в цепи затвора является
их чувствительность к перегрузкам:
сильный сигнал или помеха вызывает
дополнительный заряд конденсатора
.
После окончания перегрузки транзистор
оказывается запертым этим избыточным
напряжением в течение времени,
определяемого разрядом конденсатора
через резистор
