§ 4.7. Каскад с общим истоком

Схемным аналогом каскада с общим эмиттером является с общим истоком, принципиальная схема которого на транзисторе с управляющим -переходом приведена на рис. 4.20.

Так как стокозатворная характеристика полевого транзистора с -каналом лежит в отрицательной области, то для обеспечения режима класса А необходимо отрицательное постоянное напряжение смещения , соответствующее заданной рабочей точке покоя О.

Применение отдельного внешнего источника напряжения (батареи) неудобно, и обычно используют так называемое автоматическое смещение. В схеме с автоматическим смещением (рис. 4.20) затвор соединен с нулевой (заземленной) шиной через резистор и по постоянному току имеет потенциал , близкий к нулю.

Рис. 4.20.

Для установления необходимого напряжения смещения в цепь истока полевого транзистора включен резистор , на котором создается падение напряжения от протекания тока через транзистор . Таким образом,

Резистор не только обеспечивает заданный режим транзистора по постоянному току, но и осуществляет термостабилизацию рабочей точки покоя, так как создает отрицательную обратную связь по току, уменьшающую крутизну характеристики полевого транзистора в раз. В результате изменение тока стока, вызываемое приращением напряжения затвор — исток под действием температуры, уменьшается во столько же раз.

Чтобы исключить обратную связь по переменному току, резистор шунтируют конденсатором достаточно большой емкости . При увеличении возрастает стабильность каскада и одновременно напряжение автоматического смещения Поэтому для получения необходимого напряжения при повышении стабильности каскада приходится задавать начальное смещение путем подключения резистора R (показан на рис. штриховой линией). Тогда будем иметь

Напряжение обычно выбирается из условий

где — напряжение отсечки тока транзистора.

Если амплитуда входного сигнала невелика, то напряжение выбирается соответствующим точке нулевого дрейфа, в которой компенсируются температурные приращения тока стока, вызванные изменением подвижности носителей заряда и контактной разности потенциалов между затвором и истоком.

Напряжение , при котором температурное приращение тока стока транзистора минимально, определяется из формулы

Напряжение и крутизна связаны с током стока транзистора следующими соотношениями:

где — ток стока транзистора при .

Используя соотношения (4.70), (4.71) для конкретного типа транзистора и задав , из формулы (4.68) после преобразований получаем выражение, связывающее сопротивление с током стока

Пусть полевой транзистор имеет параметры .

Задаем ток , тогда кОм.

Эквивалентная схема каскада с общим истоком для переменного сигнала в области средних частот полосы пропускания приведена на рис. 4.21.

Рис. 4.21.

Из эквивалентной схемы (рис. 4.21) определим коэффициент усиления каскада по напряжению

Знак минус показывает, что выходное напряжение находится в противофазе с входным.

При включении нагрузочного резистора

Входное сопротивление полевого транзистора велико и составляет сотни мегаом. Поэтому входное сопротивление каскада определяется сопротивлением резистора в цепи затвора, включенного для обеспечения гальванической связи затвора с общей шиной.

Сопротивление резистора выбирается таким образом, чтобы, с одной стороны, как можно меньше шунтировать большое входное сопротивление полевого транзистора, а с другой — не создавать заметного падения напряжения от протекания через тока утечки обратносмещенного управляющего -перехода. Обычно выбирают .

Большое входное сопротивление является достоинством каскада на полевом транзисторе при использовании его в качестве входных каскадов усилителей напряжения, так как в этом случае наиболее полно обеспечивается условие .

Найдем выходное сопротивление каскада, замкнув источник входного сигнала и подключив к выходным зажимам каскада переменное напряжение,

Таким образом, выходное сопротивление каскада определяется сопротивлением резистора в стоковой цепи полевого транзистора и составляет обычно единицы килоом при использовании транзистора с управляющим -переходом и МДП-транзистора с индуцированным каналом и десятки килоом для МДП-транзистора с встроенным каналом.

Рис..

Частотные искажения каскада с общим источником в области низких частот определяются постоянными времени перезаряда разделительных конденсаторов и конденсатора в цепи истока транзистора и могут быть рассчитаны по формулам (4.32), (4.35) и (4.40), выведенным для каскада с общим эмиттером.

Однако применительно к каскаду ОИ постоянные времени перезаряда конденсаторов в этих формулах соответственно равны

При расчете частотных искажений каскада с общим истоком в области высоких частот по формуле (4.43) следует учитывать, что — крутизна характеристики полевого транзистора — является действительной величиной, не зависящей от частоты. Тогда постоянная времени в формуле (4.43) будет определяться для каскада с общим истоком в основном перезарядом емкости в цепи нагрузки. Из эквивалентной схемы каскада с общим истоком в области высоких частот (рис. 4.22, а) следует .

Если нагрузкой каскада с общим истоком является аналогична каскад, то емкость нагрузки складывается из входной емкости полевого транзистора нагрузочного каскада , емкости сток — исток рассматриваемого каскада и емкости монтажа , т. е. .

Определим входную емкость полевого транзистора из эквивалентной схемы промежуточного (второго) каскада (рис. ).

Емкостный ток на входе каскада

Отсюда найдем входное емкостное сопротивление каскада

Так как

то можно записать

(4.76)

Из выражения (4.76) следует, что основной вклад в нагрузочную емкость Си будет вносить проходная емкость полевого транзистора.