Усилители на ПТ

Усилитель с общим истоком

Полная эквивалентная схема ПТ, используемая на ВЧ.

R₃ = R_вх ~ 1¸10 МОм

С_зи ~ 1¸1000пФ

С_сз – проходная емкость ~ 0,1¸5 пФ

С_си – выходная емкость ~ 1¸10 пФ

С_зи >> С_си > С_зс

R_с – дифференциальное сопротивление канала

R_с =

Рекомендуемые материалы

S – крутизна передаточной характеристики на НЧ:

Эквивалентная схема ПТ совпадают с эквивалентной схемой вакуумного триода, и все расчеты справедливые для ламп справедливы для схем на ПТ.

Эквивалентная схема усилителя ОИ

R_u ® 0, C_u ® ¥

Влияние цепи R_u с C_u не учитываем.

R₃ = R₃₁||R₃₂

R’_c = R_k||R_c

R_k – сопротивление канала

СЧ

Влияние емкостей не учитывается.

R’_н = R_н ||R_с||R_к

R_вх = R_з

R_вых =R’_с = R_с||R_к

К_I – не имеет смысла, т. к. i_вх® 0

К_u = U_вых/U_вх = U_с/U_з = SR’_с

У самих ПТ очень большое R_вх, поэтому и усилители на ПТ характеризуются большими R_вх.

НЧ

K_u’ (w) = K_u0/(1+ 1/jwt_вх)(1+ 1/ jwt_вых)

t_вх = С₁(R_г + R_з)

t_вых = С₂(R_н + R_с’)

K (w) =

Т. к. R₃ большое (1 МОм), то даже на очень низких частотах емкость C₁ может быть небольшой.

Влияние C_u на НЧ можно учитывать также,  как для схемы ОЭ при наличии C_э.

Эквивалентная схема в области ВЧ

приведенная эквивалентная схема ОИ в области ВЧ

С’_вх = С_зи + С_зс(1 - K_u) - эквивалентная входная емкость

С’_вых = С_зс + С_си + С_м + С_н - эквивалентная выходная емкость

t_вх = R_г*С’_вх

t_вых = R_н’*С’_вых

Для того,  чтобы каскад ОИ удовлетворительно работал на ВЧ необходимо, чтобы на него поступал сигнал от источника напряжения (R_г®0), тогда влияние С_вх может быть сведено к минимуму.

K_u (w) =

w = 2pf

Усилитель с общим затвором

Усилительные параметры схемы ОЗ эквивалентны усилительным параметрам схемы ОБ.

R_вх = 1/s||R_u

R_k @ 1/s

R_вых = (1 + sR_г)R_k

Здесь снижено влияние эффекта Миллера, рассогласованного сопряжения, следовательно, схема ОЗ используется для усиления слабых сигналов на ВЧ и СВЧ.

Усилитель с общим стоком (истоковый повторитель)

R_вх = R₃

R_вых = 1/s||R_u

K_u = sR_H/(1+sR’_H) = 1

R’_H = R_u||R_H

ОС имеет большое R_вх ограниченное только R₃, низкое R_вых и не усиливает по напряжению.

В усилителях на ПТ, в частности с p-n переходом, делитель цепи затвора R₃₁, R₃₂  может отсутствовать, а режим работы задаваться одним сопротивлением R_u за счет автоматического смещения рабочей точки ПТ, которая обеспечивает R_u.  При этом R₃ обеспечивает только связь с землей по потенциалу (по напряжению). Через него не протекают рабочие токи и оно может быть большим:

R₃ ~ 1¸10 МОм

I_с = I_c^нач(1 – U₃/U₀)²

I_c^нач   - начальный ток стока при U_зи = 0;

U₀ - напряжение отсечки, когда I_с @ 0.

ВАХ ПТ обладает квадратичной усилительной характеристикой.

U₃ = I_сR_u

I_с = I_c^нач(1 – U₃/U₀)²

I_с = U₀/R_u + (U₀²/2R_u² I_c^нач )(1 - )

Если I_с дано, то

R_u = U₀/ I_c^нач (1 - )

Если U_зи  задано, то

R_u = U_зи/ I_c^нач(1 - U_зи/ U₀)²

Для ПТ характерно, что у них существует термостабильная рабочая точка, т. е. это такие I_с  и U_зи при изменении t⁰ они не меняются.

У  БТ нет термостатической точки, при изменении t⁰ токи всегда увеличиваются.

В усилителях на ПТ с возрастанием t⁰ токи уменьшаются, поэтому усилители, особенно мощные, на ПТ термоустойчивы, на БТ - нетермоустойчивы.

При одинаковых условиях предельное усиление усилителей на БТ выше, чем усилителей на ПТ. Усилители на ПТ имеют преимущества при работе в микрорежимах - сверхмалые токи, слабые сигналы, требуемое большое R_вх

Еще больше  R_вх  имеют усилители с МОП транзисторами (транзисторы с изолированным затвором).

Использование МОП транзисторов позволяет вообще отказаться от резисторов в усилителях.

КМОП на комплиментарных ПТ, усилитель с динамической нагрузкой.

VT₂ – n – MOП

VT₁ – p - МОП

VT₁  является эквивалентной нагрузкой для VT₂ и наоборот.

Роль нагрузочного элемента выполняет транзистор - активная нагрузка.

В результате весь усилитель может быть построен вообще без резистора.

Рекомендация для Вас - 8 Кровотечения и кровопотеря.

У усилителя на МОП транзисторах имеется недостаток - чувствительность к статическому электричеству.

Т. к. затвор изолирован, то на емкости легко накапливать заряд.

Обычно U_з^max £ 50 В.

В результате от статического электричества затвор пробивается, поэтому для защиты в схемах с МОП на входе используют защитные цепочки RD. В нормальном состоянии VD₁ и VD₂ закрыты и не влияют на работу схемы.

Если U_вх > Е_пит или U_вх < 0, то либо VD₁, либо VD₂ открываются и лишний ток и напряжение уходят в шины питания.

Резистор R ограничивает максимальную величину этого тока, чтобы не сгорели сами защитные диоды.