усилителя является функцией входного напряжения, нагрузка шунтируется выходной проводимостью транзистора. Крутизна транзистора зависит от выбора рабочей точки; ее зависимости от /с и приведены на рис. 3.2

Исток

Рис. 6.1. Эквивалентная схема низкочастотного усилителя с общим истоком для малых сигналов.

И 3.4. Динамическое сопротивление стока в пологой области {\lgc и) также зависит от тока стока, общий вид этой зависимости приведен на рис. 6.2, а (на рис. 6.2, б показана зависимость проводимости от тока) При изме-

а б

Рис. 6.2. Зависимость динамического сопротивления (а) и проводимости (б) от тока стока.

нении ДЛИНЫ канала и степени легирования подложки график зависимости смещается относительно осей координат.

Определим коэффициент усиления по напряжению Аи = Uemx/Ubx Пренебрегая влиянием емкостей можно записать следующее выражение:

где (RuWfc и) означает сопротивление, эквивалентное сопротивлению параллельно включенных и Гс. и, т. е. Rhc. и/ (?н + fc. и). Следовательно,

вых

ИЛИ

Gn + g c. И

При с.и<Он коэффициент усиления равен

(6.1)

(6.2)

В ряде случаев для введения отрицательной обратной связи последовательно с истоком включают резистор. Если необходимо только стабилизировать рабочую точку, то резистор шунтируется конденсатором. Если же необходимо создать обратную связь по переменному току, то часть сопротивления оставляют не-зашунтированным, как показано на рис. 6.3. С учетом отрицательной обратной связи коэффициент усиления по напряжению равен

с. и ,

А'и

Гс. и + + (ЯтА-с. И + \) Ru ~ gmRnfc. и

fc и + + (gmc. и+ I) Rh

(6.3)

При больших значениях gm и Гс и получаем приближенное выражение для коэффициента усиления каскада

бых

1 + gmRn

Rn. (6.4)

Рис. 6,3. Усилитель переменного тока с отрицательной обратной связью.

Сравнивая выражения (6.4) и (3.6), можно сделать вывод, что Л' = - gR, где g - эффективная крутизна транзистора с сопротивлением в цепи истока. Последовательное сопротивление уменьшает коэффициент

усиления схемы и увеличивает ее стабильность При SmRnl получаем

(6.5)

т. е. коэффициент усиления не зависит от параметров транзистора, /?н и и -пассивные элементы, они могут быть сделаны стабильными в широком диапазоне изменения температуры, чем обеспечивается стабильность коэффициента усиления.

6.2. ИСТОКОВЫЙ ПОВТОРИТЕЛЬ

Очень широко применяется схема с общим стоком, или ИСТОКОВЫЙ повторитель, который характеризуется следующими особенностями:

1) выходной сигнал совпадает по фазе с входным;

Рис. 6.4. Истоковый повторитель. а - принципиальная схема, б ~ эквивалентная схема.

2) коэффициент усиления по напряжению всегда меньше единицы;

3) низкое выходное сопротивление;

4) большой динамический диапазон изменения сигнала;

5) способность осуществлять активное преобразование импедансов.

На рис. 6.4 приведена принципиальная и эквивалентная схемы истокового повторителя. Как видно из эквивалентной схемы, сопротивление Гси включено параллельно сопротивлению нагрузки Rw Из эквиваденгной

схемы легко получить следующее выражение коэффициента усиления по напряжению:

А gm {Гс. и II Rn)

l+gm{rc.u\\Ru)

При Гс.и^и (Гс.шЫи)=Яи. поэтому

Л - ёт

(6.6)

(6.7)

или А^= + gR, где - эффективная крутизна, определяемая уравнением (3.6). Из (6.7) следует, что Аи<\ и при увеличении gmRv коэффициент усиления стремится к единице.

Пусть для примера =1000 мкмо, а /?и = 5 ком, тогда Ли =+0,835. Удвоив величину /?и, получим коэффициент усиления +0,91.

Для нахождения выходного сопротивления (или проводимости) истокового повторителя необходимо заземлить его вход, подать сигнал на выход и найти отношение тока к напряжению.

4ых = f/вых (Си + gc. и) + gmUвыху

вых

= Увых = Си + gc. и + gm

(6.8)

где Gk-VRh\ ё^с. и= и, т. е. выходное сопротивление определяется цепочкой из трех параллельно включенных сопротивлений: /?и, с. и и l/gi-TaK как обычно величина Vgm очень велика, то

l+gmRu

Проводя расчет для предыдущего примера {gm - = 1000 мкмо, /?и=5 ком), получаем

5 10 вых- 1 + 10-3.5. 10

=835 ом.

Увеличение gm до 2000 мкмо приводит к снижению Гвых до 445 ом.

В схеме истокового повторителя в сочетании с генератором тока может быть получен коэффициент усиления по напряжению очень близкий к единице, причем

Глава 6

значительно больший, чем в схеме с использованием постоянного резистора в цепи исгока. Подобная схема

приведена на фиг. 6. 5. Тран-

зистор Тр 1, резистор

о Выход

1ран-/?и и

стабилитрон образуют генератор тока в цепи истока транзистора Тр 2. Так как дифференциальное сопротивление генератора тока очень велико, то коэффи-циет усиления схемы по переменному току прибли жается к единице. Однако статическое сопротивление (на постоянном токе) не велико, поэтому не требуются дополнительные сопротивления и источники питания. Ток покоя, протекающий через резистор в цепи истока, равен Цг-Упо^

Выходное сопротивление схемы близко к \lgmz-

6.3. УСИЛИТЕЛЬ С ОБЩИМ 3ATB0P0W

Схема с общим затвором аналогична схеме с общей базой на биполярных транзисторах.

у[ене^тр тока

Рис. 6.5. Истоковый повторитель с генераторохМ тока в цепи истока.

Рис. 6.6. Усилитель с общим затвором.

В Противоположность потоковому повторителю схема с общим затвором преобразует импеданс в обратном направлении: от низкого значения к высокому.

На рис. 6.6 приведены принципиальная и эквивалентная схемы усилителей. Входное сопротивление усилителя

Аналоговые схемы

равно

Если то

+ Гс. и

Гвх = -

gm gmfc.u

Коэффициент усиления каскада равен

0+Гс. иёт) Rn

(6.9)

(6.10)

н + Гс. и + (1 +rc,Hgm) Ru * Если /?с<(/?н + с и)/(Ц-тАс.и) (вЫХОДНОС СОПрОТИВЛС-НИе) и Гс.и^н, ТО

(6.11)

Знак плюс указывает на то, что входной и выходной сигналы находятся в одинаковой фазе.

6.4. РАЗЛИЧНЫЕ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЕЙ

1. Схема с автоматическим смещением. В транзисторах с индуцированным каналом /?-типа затвор должен иметь отрицательное смещение относительно истока. Обычно смещение осуществляется с помощью включения в цепь сток - затвор большого сопротивления обратной связи (рис. 6.7,а). Поскольку в цепи сток - затвор постоянная составляющая тока отсутствует, полное напряжение стока приложено к затвору. Это обстоятельство значительно упрощает расчет схемы по сравнению с расчетом аналогичных схем на биполярных транзисторах. На рис. 6.7, б изображены семейство вольтамперных характеристик транзистора, кривая /с.з^з.и и линия нагрузки. Пересечение кривой f/c. з^з. и и линии нагрузки определяет рабочую точку. Очевидно, что на положение рабочей точки влияет изменение /? и не влияет изменение Ro, с

Усилитель с обратной связью по постоянному току обладает лучшей стабильностью по сравнению с усилителем с фиксированным смещением.

Так, при уменьшении тока стока вследствие изменения внешних условий увеличивается отрицательное напряжение на стоке, а следовательно, и на затворе. Это приводит к увеличению тока стока и возвращению рабочей точки в исходное положение. Схема обладает так-