Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Эти схемы: — усилитель с общим истоком (ОИ); — усилитель с общим стоком (ОС); — усилитель с общим затвором (03). Наиболее распространеныая схема — усилитель с общим истоком (подобно схеме с ОЭ у биполярных транзисторов). Усилитель с общим стоком используется как буферный усилитель из-за его большого входного сопротивления и низкого выходного сопротивления, как в случае с эмиттерным повторителем на биполярном транзисторе.
Реже всего применяется усилитель с общим затвором из-за своего низкого входного и высокого выходного сопротивления, аналогично схеме с общей базой у биполярных транзисторов. Представленный ниже анализ применим как для схем с полевым транзистором с р-п-переходом, так и для схем с МОП-транзистором.
Для аыализа на переменном токе схема на рис. 10.13 может быть упрощена до схемы, изображенной на рис. 10.14, по правилам, котоРые были изложены при рассмотрении схем на биполярном транзисторе. Для напоминания повторим, что для получения эквивалентной схемы для переменного тока источники питания заземляются, блокировочные и пеРеходные конденсаторы закорачиваются. ~~( 270 Глава 10. Схемы на полевых тпранзистпорах кл еи Рис.
10.14. Эквивалентная схема уси- лителя с общим истоком для аналюа на переменном токе Рис. 10.13. Усилитель с общим истоком на полевом транзисторе с р-и-переходом с автоматическим смещением Теперь полевой транзистор на схеме 10.14 заменим его малосигнзльной моделью, но д„.к„1 с„но к, постРоенной в пРеДыДУщем разделе (рис. 10.12).
Полученная схема изображена на рис. 10.15, где по двум соРис. 10.1б. Малосигнааьная эквивалентная схема ображенням произведена заусилителя с общим истоком из рис. 10.14 мена и вместо и . Пер1о Дз' вое — что у Во очень большое сопротивление, второе — ток затвора почти равен нулю, следовательно, через Во практически не протекает ток. Сопротивление переменному току гл тоже очень велико, как было сказано ранее, и его можно убрать из схемы на рис.
10.15. Например, если тл» Кп, то тл~~йп = Вп. Сопротивление, внешне подключенное между истоком и стоком, обозначено гп вместо Вп, чтобы можно было брать в расчет другие сопротивления, такие, как сопротивление нагрузки Вб или входное сопротивление следующего усилительного каскада, когда он есть. Итак, тп представляет эффективное сопротивление переменному току на выводе стока.
При этих условиях малосигнальная эквивалентная схема на рис. 10.15 сокращена до схемы на рис. 10.16. Кв С Рис. 10.10. Упрощенная эквивалентная схема усилителя с общим истоком Ка дд.д. д д д д д 2Д Источник тока равен дтщ„, тогда (10.16) ьдь = дпдиьп. Выходное напряжение и, ь на схеме на рис. 10.16 равно (10.17) Подставив вместо ьа его значение из уравнения (10.16), имеем о, ь = д тлптр. (10.18) Коэффициент усиления по напряжению Аь' = — = д тп. (10.19) ~Ъь Обратите внимание на направление тока и знак иьиь на рис. 10.15.
Ясно, что усилитель с общим истоком переворачивает фазу. Это значит, что в момент, когда щ„максимально положительно, и,„ь наиболее отрицательно. В действительности, в уравнении (10.18) следовало писать — дтщ„ и получилось бы А„= — д,„тр. Если внутреннее сопротивление стока гад тоже следует учитывать, тогда, как показано на рис. 10.15, эффективное значение тр = тлд ~ 1Вр, и Ав = дщ(тадььВР). (10.20) 9тль'п о= (1 + ддпВь) Входной импеданс льп усилителя очень высокий и равен (10.21) (10.22) Все вьппеприведенные методы анализа и соотношения применимы также и к усилителю с общим истоком на МОП-транзисторе.
Важньде особенносьпи усилителя с общим истоком: — большой коэффициент усиления по напряжению (А„= — д тр); — в усилителе с общим истоком переворачивается фаза; — большой входной импеданс. Усилитель на полевом тпранзисторе с общим стоком Усилитель с общим стоком на и-канальном полевом транзисторе с р-и- переходом изображен на рис.
10.17. Обратите внимание, что вывод стока напрямую подключен к источнику напряжения $дрр, так что сток по переменному току на потенциале земли. Также отметим, что выход В случае если истоковый резистор Вч в схеме на рис. 10.13 не зашунтирован конденсатором (аналогично незашунтированному эмиттерному резистору биполярного транзистора), коэффициент усиления по напряжению можно выразить как ~~( 272 Глава 10. Схемы на полевых пвранзисторах по переменному току берется с вывода истока. В схему также включено внутреннее сопротивление источника сигнала г, у входных клемм.
Сначала получим эквивалентную +Рос схему на переменном токе — заземляем $Ъ1в, переходные конденсаторы считаем на интересующих нас частотах замкнутыми, заменяем полевой транзистор его малосигнзльной мог долью. Схема приведена на рис. 10.18. Рв Из рис. 10.17 имеем оы = оа +о или (10.23) пав = гпп воин Рис. 10.17. Усилитель с общим стоком Три резистора гв, Вя и Вь включены параллельно, представим их одним гь.
= гВДЯЯ~~КЬ, (10.24) тогда (10.25) оовя = 9щоав гь. гв Рис. 10.18. Малоснгнальная эквивалентная схема для переменного ввв тока усилителя 10.17 Подставив вместо ояв (= о;п — свив) из уравнения (10.23), получим Овей дпв(евп Овив) ' ГЬ ивш Ооив(1 + дпъ~ Ь) дпвгТ, ' овп ° Следовательно, коэффициент усиления по напряжению А„усилителя с общим стоком оя дгь Ао =— Овп (1 + двпГЬ) (10.26) Обычно, д г1. » 1 и А„= 1. Коэффициент усиления по напряжению усилителя с общим стоком чуть меньше единицы. Входной импеданс Я;и усилителя очень высок и равен Вс7 (рис. 10.18), т.е.
Я;„Ло (очень высокий). (10.27) Выходной импеданс Я~~ низкий. Поскольку в уравнении (10.24) га, большой, а Вь должен быть исключен (обычная практика — при определении 10.4. л г г б . Ъф выходного импеданса схемы нагрузочный резистор исключают из схемы). Тогда Яеа~ = Вч (низкий), (10.28) — коэффициент усиления по напряжению чуть меньше единицы; — входной импеданс очень высокий; — выходной импеданс достаточно низкий. 10.4.
Полевой транзистор как источник стабильного тока Полевой транзистор с р-и-переходом или МОП-транзистор можно использовать в качестве источника тока, чтобы питать стабильным током меняющуюся нагрузку. Па рис. 10.19, а изображен полевой транзистор с р-п-переходом, у которого затвор непосредственно соединен с истоком. Он будет служить источником тока, если работает в области насьпцення (отсечки).
Для и-канального полевого транзистора с р-п-переходом условием отсечки является (Ъпв~ > (Ър) — ~рря!. В нашем случае 11с ч = О, и условие отсечки сокращается до +ион а) б) Рис. 10.19. Источник тока на но- левом транзисторе: схема (а), экви- валентнел схема (В) 1~Ъв! >!РИ (10.29) Из стоковых характеристик полевого транзистора с р-и-переходом кам известно, что ток стока при $Ъч = 0 равен ) и = 1ряв и график, соответствующий ров = О, представляет собой почти прямую линию, что означает постоянство 1рзз во всей области насыщения.
Рис. 10.19, б— эквивалентная схема источника постоянного тока. Для всех значений сопРотивления Во, при которых транзистор остается работать в области васьпцения, ток остается равным Хпвя. Уровень постоянного тока можно выбрать меньше чем 1очв, если соответствующим образом выбрать смещение полевого транзистора. а сопротивление резистора истока обычно несколько сотен ом.
Усилитель с общим стоком не переворачивает фазу (подобно эмиттерному повторителю), выходной сигнал переменного тока совпадает по фазе с входным сигналом. Основные свобсгива усилителя с оби1им сгаоноло ~~~274 Глава 10. Схемы на полевых транзистпорах Вышеприведенные рассуждения и соотношения применимы и к источнику стабильного тока на р-канальном и МОП-транзисторе. 10.5. МОП.транзистор в качестве резистора МОП-транзисторы можно применять как резисторы. В интегральных схемах легче и экономичнее сконструировать дополнительные МОП-транзисторы для применения их в качестве резисторов, чем сделать стандартный традиционный резистор. Поэтому при проектировании ИС МОП-транзисторы часто подключаются в качестве резисторов и конденсаторов, а не только как усилительный прибор. Рис.
10.20 иллюстрирует одну из возможных конфигураций обогащенного МОП-транзистора, включенного для работы в роли резистора. Так как затвор соединен со стоком, то Рая = абая, и условие для работы в области насьпцения Ъря > (Рая — Ъ'т) будет выполнено. Со (мкд гоо ~ос Ут)2 4 6 8 Рнс. 10.20. Обогащенный и-МОП- транзистор, включенный как рези- стор. Здесь тов = тсв Рнс. 10.21.
Геометрическое место точек, в ко- торых 'тав = Уев дает график сопротнвленнл МОП-транзистора, включенного длл работы в качестве резистора На семействе стоковых характеристик (рис. 10.21) отмечены все точки, для которых 1пз = р1зя. Изменение наклона графика в точках $'Оя = Ъл означает, что сопротивление МОП-транзистора, включенного резистором, есть функция от напряжения сток — исток Ърю При Ъстз = ттт (= 2 В), получается, что Ъдя > ~аз — 'тт и Ъдя = О. Следовательно, 10 = О, что наглядно видно из рис. 10.21.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
