2.8. КАСКАД С ОБЩИМ ИСТОКОМ

Наибольшие значения входного сопротивления позволяют получить каскады на полевых транзисторах. Как указано в § 1.6, полевые транзисторы управляются напряжением и практически не потребляют тока из входной цепи. Поэтому их можно использовать вместе с маломощными источниками сигнала, причем через источник сигнала постоянная составляющая тока не протекает. Ограничимся рассмотрением каскада с общим истоком (ОИ) на полевом транзисторе МДП-типа со встроенным каналом (рис. 2.14).

Усилительный элемент — полевой транзистор с каналом -типа подключен к источнику питания через нагрузочный резистор Собственно нагрузка подключена между стоком и общим (заземленным) проводом. Исток транзистора связан с общим проводом через резистор , введенным для создания ООС, стабилизирующей точку покоя. Источник входного сигнала подключен непосредственно к затвору относительно общей шины.

Рис. 2.14. Каскад с общим истоком

Рассмотрим режим покоя. Через канал транзистора протекает ток вызывающий падение напряжения на . Напряжение т. е. полевой транзистор работает в режиме обеднения при небольшом отрицательном напряжении на затворе. В режиме покоя на стоке имеется напряжение для обеспечения в схему вводится источник компенсирующего напряжения (схемные варианты создания рассмотрены в § 2.5).

При подаче сигнала все токи и напряжения транзистора приобретают приращения. При положительном (или отрицательном) напряжение на затворе увеличивается (или соответственно уменьшается), токи увеличиваются (уменьшаются), растет (уменьшается) падение напряжения на резисторе , уменьшается (увеличивается) напряжение «си, приращение которого является выходным напряжением каскада . Каскад с ОИ является инвертирующим усилителем, при рассмотрении его структуры и принципа действия можно найти много аналогий с каскадом с ОЭ.

Расчет каскада по переменной составляющей проводится теми же способами, что и для усилителей на биполярных транзисторах. На рис. 2.15, а приведена схема замещения полевого транзистора, Выходные характеристики полевых транзисторов (рис. 1.9, е и 1.11, б, в) показывают, что транзистор является управляемым источником тока с высоким внутренним сопротивлением :

где при — крутизна — параметр, характеризующий воздействие входного напряжения на выходной ток (S бывает порядка единиц ) (см. § 1.6); при — динамическое выходное сопротивление транзистора, обусловленное наклоном пологого участка выходных характеристик транзистора. Входная цепь полевого транзистора между затвором и истоком не пропускает тока и на схеме замещения представлена высокоомным (порядка 10е Ом) резистором .

Рис. 2.15. Схемы замещения по переменной составляющей: а — полевого транзистора; б — каскада с общим истоком

Сравним схемы замещения полевого и биполярного транзисторов (рис. 2.6 и 2.15, а), они. отличаются тем, что во второй из них источник выходного тока управляется напряжением, а не током, как в первой схеме, а также тем, что .

Воспользуемся правилами, изложенными в § 2.4, и построим схему замещения каскада с ОИ, представленную на рис. 2.15,б. Найдем основные усилительные параметры:

1. Входное сопротивление в каскадах на полевых транзисторах чрезвычайно велико ( Ом и выше).

2. Коэффициент усиления по напряжению в режиме холостого хода . Запишем напряжения через ток , тогда

При , но стабилизация точки покоя отсутствует.

В каскаде с ОИ можно получить при обеспечении

3. Выходное сопротивление находим, положив . Сопротивление между выходными выводами в этом случае .

Выходное сопротивление каскада с ОИ весьма велико (порядка Ом).

При построении каскадов на полевых транзисторах других типов (полевые транзисторы с переходом или с индуцированным каналом) во входную цепь вводится напряжение смещения.

Возможно построение дифференциальных каскадов на полевых транзисторах и каскада с общим стоком (истокового повторителя) — аналога эмиттерного повторителя. Применяются усилители, выполненные на основе сочетания полевых и биполярных транзисторов.