Усилители на полевых транзисторах

В качестве примера рассмотрим RС-усилитель на поле­вом транзисторе с p-n-переходом, включенном с общим истоком (рис. 6). Используем транзистор с каналом n –типа.

Для используемого транзистора начальное напряжение и_из должно быть положительным (p-n -переход должен находиться под запирающим напряжением). С целью по­лучения этого напряжения в цепь истока включают рези­стор R_И на котором возникает падение напряжения и_RИ от протекания по нему начального тока истока I_ИН. На­пряжение и_RИ через резистор R₃ передается на затвор. Так как ток затвора полевого транзистора пренебрежимо мал, падение напряжения на сопротивлении R₃ практически равно нулю, поэтому и_из = u_RИ

Рисунок 6

Рассмотренную схему обеспечения начального режима работы называют схемой с автоматическим смещением.

Пусть задан начальный ток стока (I_СН = I_ИН) и началь­ное напряжение U_изн между истоком и затвором. Тогда со­противление R_И следует выбрать из соотношения

Сопротивление R_з обычно выбирают порядка 1Мом.

Полезно отметить, что рассматриваемая схема обеспе­чения начального режима работы характеризуется повы­шенной стабильностью. Если по каким-либо причинам начальный ток стока I_СН начнет увеличиваться, то это при­ведет к увеличению напряжений U_RИ и U_И3, что будет пре­пятствовать значительному увеличению тока I_СН.

Модуль коэффициента усиления каскада в области средних частот определяется равенством

где S-крутизна стокозатворной характеристики полевого транзистора, определяемая по справочникам.

Назначение конденсаторов С₁, С₂ и С₄ аналогично на­значению соответствующих конденсаторов RC - усили­теля на биполярном транзисторе.

Частотные характеристики рассматриваемого усилите­ля подобны частотным характеристикам RC - усилителя на биполярном транзисторе.

Линейные схемы на основе операционных усилителей (оу)

Как уже отмечалось, операционные усилители в насто­ящее время используются в самых различных электронных устройствах. Их широко применяют как в аналоговых, так и в импульсных устройствах электроники. В то же время существуют и часто используются типовые линейные схе­мы на основе операционных усилителей. Такие типовые схемы должен знать каждый инженер, использующий электронные устройства. Именно такие схемы рассматри­ваются ниже.

Очень полезно овладеть достаточно простыми приема­ми ручного анализа электронных схем на основе операци­онных усилителей. Это значительно облегчит понимание принципа действия конкретных устройств электроники и будет способствовать получению достоверных результатов машинного анализа. Указанные приемы анализа основа­ны на ряде допущений, принимаемых в предположении, что используемые операционные усилители достаточно близки к идеальным. Практика расчетов показывает, что результаты, получаемые на основе допущений, имеют вполне приемлемую погрешность.

Примем следующие допущения:

1. Входное сопротивление операционного усилителя равно бесконечности, токи входных электродов равны нулю ( ).

2. Выходное сопротивление операционного усилителя равно нулю, т. е. операционный усилитель со стороны выхода является идеальным источником напряжения (R_вых = 0).

3. Коэффициент усиления по напряжению (коэффици­ент усиления дифференциального сигнала) равен беско­нечности, а дифференциальный сигнал в режиме усиле­ния равен нулю (при этом не допускается закорачивания выводов операционного усилителя).

4. В режиме насыщения напряжение на выходе равно по модулю напряжению питания, а знак определяется полярностью входного напряжения. Полезно обратить внимание на тот факт, что в режиме насыщения диффе­ренциальный сигнал нельзя всегда считать равным нулю.

5. Синфазный сигнал не действует на операционный усилитель.

6. Напряжение смещения нуля равно нулю.

Инвертирующий усилитель на основе ОУ

Рассмотрим схему инвертирующего усилителя (рис. 2.25), из которой видно, что в ней действует параллельная обратная связь по напряжению. Так как i_- = 0, то в соответствии с первым законом Кирхгофа i₁=i₂.

Рисунок 7

Предположим, что операционный усилитель работает в режиме усиления, тогда и_диф = 0. В соответствии с этим на основании второго закона Кирхгофа получим

Учитывая, что i₁=i₂ получаем

Таким образом, инвертирующий усилитель характеризуется коэффициентом усиления по напряжению, равным

Для уменьшения влияния входных токов операционно­го усилителя на выходное напряжение в цепь неинвертируюшего входа включают резистор с сопротивлением R₃ (рис. 8), которое определяется из выражения

Рисунок 8

Входное сопротивление инвертирующего усилителя на низких частотах значительно ниже собственного входно­го сопротивления операционного усилителя. Это полно­стью соответствует сделанному раннее выводу о том, что параллельная отрицательная обратная связь, имеющая место в схеме, уменьшает входное сопротивление. Учиты­вая, что и_диф ≈ 0, легко заметить, что входное сопротивле­ние усилителя на низких частотах приблизительно равно R₁.

Выходное сопротивление инвертирующего усилителя на низких частотах R_вых.oc существенно меньше выходно­го сопротивления на низких частотах R_выx собственно опе­рационного усилителя. Это является следствием действия отрицательной обратной связи по напряжению.

Можно показать, что

где К - коэффициент усиления по напряжению операци­онного усилителя.