Каскад с общим стоком.

Достаточно часто применяются каскады с общим стоком, которые обычно называют и с - токовыми повторителями (рис. 4.21). В отличие от каскада с общим истоком они имеют коэффициент усиления по напряжению, меньший единицы, повышенное входное и низкое выходное сопротивление. У каскадов этого типа имеется -ная последовательная ОС по напряжению, поэтому они обеспечивают хорошую стабильность коэффициента передачи.

Напряжение смещения , обеспечивающее необходимый статический режим работы, определяется падением напряжения на резисторе

(4.101)

Для переменного тока сопротивление в цепи истока

Разделительный конденсатор выбирают из условия, что в диапазоне рабочих частот выполняется неравенство . Поэтому в этом диапазоне частот сопротивление в цепи истока

При подаче переменного входного напряжения ток стока начнет изменяться в соответствии с этим напряжением, а падение напряжения на сопротивлении будет меняться пропорционально .

Рис. 4.21. Схема истокового повторителя

Это напряжение вычитается из сигнала , т. е. имеет место последовательная ОС по напряжению. В результате между затвором и истоком оказывается приложенным напряжение . Так как , то .

Выходное напряжение каскада найдем исходя из следующих рассуждений. Усилительный каскад с общим стоком эквивалентен каскаду с общим истоком (см. рис. 4.20, а), если в нем сопротивление Тогда изменение входного напряжения вызовет изменение тока

Этот ток создает на сопротивлении падение напряжения, которое является выходным для рассматриваемого каскада:

(4.105)

Отсюда коэффициент усиления каскада

(4.106)

Так же как и в каскаде с общим истоком, при со все выходное напряжение каскада падает на разделительном конденсаторе и полезный сигнал на нагрузке равен нулю.

На переменном токе вместо в уравнение (4.106) необходимо подставить и учесть частотно-зависимые делители напряжения, имеющиеся на входе и выходе , аналогично тому, как это сделано в (4.91), (4.92):

Из (4.107) видно, что коэффициент усиления по напряжению всегда меньше единицы и приближается к ней при . При выполнении этого неравенства коэффициент усиления мало зависит от параметров транзистора и параметров цепи. Следовательно, выходной сигнал по амплитуде и фазе почти повторяет входной.

Входное сопротивление у каскада с общим стоком значительно выше, чем у каскада с общим истоком. Это обусловлено тем, что между затвором и стоком приложено только входное напряжение. Соответственно сопротивление не уменьшается, как в каскаде с общим истоком, а между затвором и истоком, потенциал которого повторяет входное напряжение, приложено напряжение, в 1—К раз меньшее входного напряжения. В итоге сопротивление создает во входной цепи ток, равный току, который был бы создан сопротивлением .

Следовательно, входное сопротивление истокового повторителя . Обычно .

Чем ближе к единице коэффициент усиления истокового повторителя, тем меньше влияние сопротивления на входное сопротивление каскада. Аналогично уменьшается влияние емкостей и уменьшается сдвиг фаз, вносимый входной цепью.

Выходное сопротивление найдем из опытов работы усилительного каскада в режимах холостого хода и короткого замыкания, считая, что . При холостом ходе выходное напряжение

(4.108)

При коротком замыкании выхода ток в цепи истока

(4.109)

откуда

Выходное сопротивление усилительных каскадов с общим стоком, как правило, существенно меньше, чем у каскадов с общим истоком (4.96). Это следствие того, что обратная связь, повышая входное сопротивление, понижает выходное.

При работе усилительных каскадов на достаточно высокой рабочей частоте или при усилении импульсных сигналов необходимо учитывать паразитные емкости . Методика оценки их влияния ничем не отличается от случаев, рассмотренных ранее. Если какое-либо из сопротивлений шунтировано емкостью, то надо находить эквивалентное сопротивление Z и подставить его в соответствующие выражения.

Типичными значениями параметров маломощных полевых транзисторов являются ; допустимое напряжение . Для больших значений тока в каскадах с общим истоком при кОм. При этом температурная стабильность каскада плохая. Однако если уменьшить напряжение питания, то для транзисторов с малым можно получить при хорошей температурной стабильности каскада, причем кОм, а кОм.

Наличие емкости в совокупности с таким значением сопротивления приводит к ухудшению динамических свойств каскадов, так как постоянная времени выходной цепи имеет значение не менее 10 мкс, что соответствует полосе пропускания 10—20 кГц.

Рис. 4.22. Схемы усилительных каскадов на МОП-транзисторах с общим истоком (а) и с общим стоком (б)

Это приходится учитывать при создании широкополосных устройств.

Все полученные выражения и использованный подход полностью справедливы для соответствующих усилительных каскадов на МОП-транзисторах (рис. 4.22, а, б).

В общем случае, когда решения задач не так просты, как в рассмотренных примерах, рекомендуется следующий порядок анализа усилительного каскада, работающего в режиме малого сигнала.

1. Составить малосигнальную эквивалентную схему усилителя.

2. Преобразовать эквивалентную схему к виду, удобному для анализа. При преобразовании параллельных сопротивлений, как активных, лак и реактивных, можно пренебрегать сопротивлениями, значения которых в 10—100 раз больше. При последовательном соединении можно пренебрегать в 10— 100 раз меньшими сопротивлениями.

3. По эквивалентной схеме составить уравнение для интересующего параметра.

4. Анализируя полученное уравнение, определить зависимость параметров от частоты, приращений тех или иных составляющих, от температуры и т. д.

Для облегчения анализа эквивалентные схемы часто составляют отдельно для диапазона низких, средних и высоких частот.