Материал: Попов Э.Г. Основы аналоговой техники. Учеб. пособие для студ. радиотехнических спец

Крутизну полевого транзистора можно определить из аналитического выражения для его вольтамперной характеристики. Такая характеристика приведена на рис. 3.16, а, а ее аналитическое выражение имеет вид

Для этого надо взять производную от выражения (3.33) по напряжению на затворе при uЗ, соответствующему положению рабочей точки:

Внутреннее сопротивление полевого транзистора Ri можно определить по выходным характеристикам, найдя отношение приращения напряжения на стоке к приращению тока стока при постоянном напряжении на затворе:

Величины междуэлектродных емкостей СЗИ, СЗС и ССИ обычно приводятся в справочнике. Сопротивление закрытого перехода затвор-исток RЗ стремится к бесконечности и обычно его влиянием на работу каскада пренебрегают, так как ток через него стремится к нулю.

Сквозной коэффициент усиления на низких частотах равен

Обычно сопротивление RЗ имеет очень большую величину, особенно у транзисторов с изолированным затвором, поэтому первая дробь в выражении (3.36) практически всегда равна единице. Вторая дробь этого выражения также существенно упрощается, если учесть, что Ri>R2. С учётом этих замечаний выражение для КЕ принимает совсем простой вид:

86

Увеличение сопротивления нагрузки до определённой величины ведёт к пропорциональному увеличению коэффициента усиления. Однако далее этот рост замедляется, а затем коэффициент усиления даже начнёт уменьшаться, так как с ростом R2 ухудшаются условия питания канала транзистора (уменьшается напряжение на стоке), что приводит к снижению крутизны и появлению заметных нелинейных искажений.

Для анализа частотных свойств необходимо определить входную динамическую ёмкость каскада С0 (см. рис. 3.18, б). Методика её определения для полевого транзистора является такой же, как и при выводе выражения (3.20) для динамической ёмкости биполярного транзистора. Однако в данном случае необходимо учитывать также ёмкость монтажа, так как её величина оказывается соизмерима с динамической ёмкостью полевого транзистора. Таким образом, входная динамическая ёмкость каскада на ПТ, включенном по схеме с общим истоком, описывается следующим выражением:

Из рис. 3.18, б видно, что частотный диапазон каскада в области верхних частот зависит от входной и выходной цепи. Однако, как правило, выходную ёмкость CCИ включают во входную динамическую ёмкость следующего транзистора и учитывают её влияние при расчёте частотных свойств следующего каскада.

На высоких частотах сопротивление ёмкости C0 уменьшается, а это ведёт к уменьшению входного напряжения и к снижению коэффициента усиления. Верхняя граничная частота зависит от C0 и сопротивлений R1, RЗИ и определяется выражением

Упрощенный вариант формулы для fВ основан на том, что, как правило, R1 << RЗИ.

Входное сопротивление полевого транзистора, включённого по схеме с ОИ, на низких частотах очень велико и для рассматриваемого типа транзисторов задаётся величиной сопротивления закрытого p-n-перехода RЗ. С ростом

87

частоты входное сопротивление начинает уменьшаться из-за шунтирующего действия ёмкости C0. Частота, на которой входное сопротивление транзистора уменьшается в 2 раза, находится по постоянной времени RЗИC0.

Выходное сопротивление определяется внутренним сопротивлением транзистора Ri.

3.2.3. Включение полевого транзистора по схеме с общим затвором

Каскад с ПТ, включённым с общим затвором, и его эквивалентная схема представлены на рис. 3.19.

Пути протекания постоянного I0И = I0С и переменного iИ = iС токов, показанные на рис. 3.19, а, задаются полярностью источников Е0С и Е1.

б

Рис. 3.19

Так как в обычном режиме работы затвор включён в обратном направлении, ток в цепи затвора отсутствует, а названные токи протекают только по внешнему контуру. При заданной полярности входного напряжения E1 пере-

88

менный ток стока протекает по сопротивлению нагрузки R2 в направлении часовой стрелки и создает на нем мгновенное значение выходного напряжения с плюсом вверху. Отсюда следует, что схема с общим затвором, так же как и схема с общей базой, не переворачивает фазу усиливаемого сигнала.

Из равенства токов iС = iИ следует, что коэффициент усиления по току в данной схеме равен единице:

Прежде чем искать коэффициент усиления по напряжению, найдём входной ток:

В этом выражении разность uЗИ – uЗС является падением напряжения на сопротивлении Ri.

Решая уравнение 3.40 относительно тока iИ, находим

Полученное выражение позволяет найти входное сопротивление схемы:

Сопротивление RЗ из-за своей большой величины не оказывает никакого влияния на входное сопротивление и в дальнейшем может не учитываться.

Если учесть неравенства SRi > 1 и Ri > R2, которые почти всегда выполняются, то выражение (3.42) существенно упрощается, и RВХ становится равным

89

Принимая во внимание выражение (3.41) найдем коэффициент усиления по напряжению КЗ для схемы с общим затвором (см. рис. 3.19):

Выражение для КЗ также упрощается, если учесть предыдущие неравен-

ства:

Сквозной коэффициент усиления КЕЗ найдется как отношение напряжения u2 к ЭДС Е1:

или с учётом (3.42) и (3.43) получим

Рис. 3.20

Для определения выходного сопротивления подадим на выходные зажимы напряжение uЗС, а источник входного напряжения заменим его внутренним сопротивлением R1 (рис. 3.20, а).

90