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

Заменим участок цепи между клеммами исток и сток эквивалентным генератором ЭДС с внутренним сопротивлением Ri и ЭДС, равной SuЗИRi (см. рис. 3.20, б). Полярность генератора SuЗИ, а затем и эквивалентного генератора ЭДС SuЗИRi зависит от направления тока iС = iВЫХ, которое в свою очередь определяется полярностью мгновенного значения приложенного напряжения uЗС.

Полученные выше результаты можно объяснить наличием 100 %-ой отрицательной обратной связи по току параллельной по входу, как это было сделано для схемы с общей базой. На присутствие в схеме обратной связи указывает зависимость RВХ от сопротивления нагрузки и зависимость выходного сопротивления RВЫХ от величины R1. Указанная отрицательная обратная связь значительно расширяет полосу пропускания каскада с общим затвором и уменьшает нелинейные искажения. Увеличение сопротивления источника сигнала R1 ведёт к увеличению глубины ОС и, следовательно, к уменьшению нелинейных искажений.

Частотная характеристика каскада ограничивается входной динамической ёмкостью, которая определяется ёмкостями СЗИ и ССИ. Однако её влияние сказывается на значительно более высоких частотах, чем в схеме с общим истоком, так как она шунтируется малым входным сопротивлением транзистора, включенного по схеме с общим затвором.

91

3.2.4. Включение полевого транзистора по схеме с общим стоком

На рис. 3.21 представлен каскад на полевом транзисторе, включённом по схеме с общим стоком, и его эквивалентная схема.

В цепи затвора, который всегда смещён в обратном направлении, постоянный ток отсутствует. Постоянный ток стока задаётся источником Е0С и протекает от +Е0С через сток, исток, сопротивление R2 к –Е0С.

Если на вход каскада приложено переменное напряжение, мгновенное значение которого имеет полярность, указанную на рисунке, то ток стока в этот момент увеличивается. Следовательно, переменная составляющая тока стока в данный момент протекает в ту же сторону, что и постоянная. Этот переменный ток, протекая по сопротивлению нагрузки, создаёт на нём падение напряжения с мгновенной полярностью, указанной на рис. 3.21, а. Сравнивая полярности

92

входного и выходного сигналов, видим, что схема с общим стоком не изменяет полярность усиливаемого сигнала.

Коэффициент усиления по напряжению КС для схемы с общим стоком

равен

Входной ток транзистора для сравнительно низких частот практически отсутствует, что говорит о бесконечно большом коэффициенте усиления по току КiС. Из-за того что значение коэффициента усиления по току оказывается неопределенным, КiС никогда не используется для описания этого каскада. Отсутствие входного тока приводит к тому, что сквозной коэффициент усиления КEС не отличается от коэффициента усиления по напряжению КС, а входное сопротивление оказывается очень большим, стремящимся к бесконечности.

Входное сопротивление на низких частотах (без учёта межэлектродных емкостей) для этого каскада можно записать в следующем виде:

где RЗ = uЗИ/iЗ – сопротивление закрытого перехода затвор-исток.

Выходное сопротивление можно определить, подав на выходные зажимы напряжение uСИ и заменив источник сигнала на входе Е1 сопротивлением, равным R1.Тогда согласно схеме (см. рис. 3.21, б):

Все эти свойства каскада с общим стоком (большое входное сопротивление, зависящее от сопротивления нагрузки, малое выходное сопротивление,

93

КС < 1 и т.д.) можно объяснить наличием 100 %-ой отрицательной обратной связи по напряжению последовательной по входу, как и в усилителе на биполярном транзисторе, включённом с общим коллектором.

Наличие отрицательной ОС позволяет существенно расширить частотную характеристику каскада и уменьшить нелинейные искажения. Верхняя граница полосы пропускания ограничивается входной динамической ёмкостью С0, определяемой по такой же методике, как и для каскада с общим эмиттером. Величина этой ёмкости находится по формуле

Ёмкость монтажа СМ соизмерима с ёмкостью транзистора, поэтому учёт её в данном случае необходим.

Схему с общим стоком часто называют истоковым повторителем за то, что сигнал на выходе каскада практически не отличается от входного ни по амплитуде, ни по фазе, ни по форме (нелинейные искажения здесь минимальны).

3.3.Режимы работы активных элементов

3.3.1.Общие положения

Как известно, активные элементы не могут работать без внешнего источника, чью энергию они преобразовывают в энергию полезного сигнала. Поэтому даже в отсутствие сигнала через активные элементы протекают токи, а на их электродах существуют вполне определённые напряжения. Эти токи и напряжения задают рабочую точку активного элемента. Таким образом, рабочая точка описывает состояние активного элемента при отсутствии сигнала. Обычно все постоянные напряжения измеряются относительно земли. Схема каскада на биполярном транзисторе, представленная на рис. 3.22, позволяет считать, что рабочая точка описывается следующими параметрами: I0Б, U0Б, I0К, U0К.

94

Если транзистор полностью заперт (I0К = 0), напряжение на нём равно

Нагрузочная прямая 1 (рис. 3.23) по постоянному току (при отсутствии сигнала) проходит через точки с координатами, задаваемыми уравнениями

(3.53) и (3.54).

Нагрузочная прямая по переменному току 2 (рис. 3.23) отличается от нагрузочной прямой по постоянному току 1, так как для переменного тока нагрузкой в резисторном каскаде (см. рис. 3.22) является сопротивление RН, которое находится как параллельное соединение сопротивлений RК и R2. Эта прямая проходит через рабочую точку. На оси токов она отсекает отрезок I0К + U0К/RН, а на оси напряжений – U0К + I0КRН, где RН - сопротивление нагрузки по переменному току.

95