Усилительные каскады на ПТ с общим истоком.

а) с управляющим p-n-переходом

б) со встроенным каналом

Основными элементами являются: источник питания Uип, транзистор и резистор Rc. Полярность напряжения источника питания определяется типом канала транзистора (для n-типа положительна, для p-типа отрицательно).

Резистор Rз осуществляет гальваническую связь затвора с общей шиной, т.е. обеспечивает в режиме покоя равенство потенциалов затвора и общей шины УК. Поэтому потенциал затвора ниже потенциала истока на величину падения напряжения на Rи от протекания постоянной составляющей тока Iио. В связи с этим напряжение Uзио отрицательное. Источник сигнала подключается ко входу УК через Cp1, а нагрузка через Cp2 к истоку транзистора. Цепочка Rи-Cи обеспечивает стабильное отрицательное напряжение Uзио для режима покоя. Конденсатор Cи устраняет отрицательную обратную связь по переменному току и его сопротивление на самое низкой частоте усиливаемого напряжения должно быть во много раз меньше Rи.

Требуемую величину Rи для заданного тока покоя Iсо определяют с помощью сток-затворной ВАХ транзистора. Рабочая точка в режиме покоя обычно выбирается на середине линейного участка сток-затворной характеристики, что обеспечивает минимальные нелинейные искажения.

С помощью Rи осуществляется стабилизация режима покоя за счёт того, что Rи создаёт последовательную отрицательную обратную связь по постоянному току. Кроме того, при воздействии входного сигнала возникает и отрицательная ОС, которая устраняет Cи. Часто при расчёте Rи принимает относительно большое значение, что приводит к большому значению модуля отрицательного напряжения на затворе. Для обеспечения необходимого режима покоя используют делитель напряжения в цепи затвора (рис б).

Для расчёта параметром представим схему (рис а) эквивалентной.

На средних частотах сопротивление каскада с ОИ однозначно определяется величиной Rз и обычно лежит в пределах нескольких Мом. Выходное сопротивление каскада определяется сопротивлением параллельно соединённых Rl и Rс:

При переходе в область высоких частот необходимо учитывать входную и выходную ёмкости каскада. При этом Rвых<<Rвх, что является важным преимуществом УК на ПТ. Зная, что ток стока является функцией Ic=f(Uзи,Uси), найдём изменение тока стока:

Используя выражения для основных параметров ПТ Запишем:

Подставим вместо конечных приращений 𝛥Ic, 𝛥Uвх и 𝛥Uси=-IcRc (знак минус указывает на инвертирование входного сигнала, получим уравнение:

Решим которое относительно Iс, найдём:

Коэффициент усиления по напряжению для средних частот будет равен:

Для получения максимального коэффициента усиления в диапазоне средних частот необходимо обеспечить работу каскада на высокоомную нагрузку и включить в цепи стока резистор Rc с большим сопротивлением.

17. Усилители постоянного тока (УПТ) на БТ: способы устранения дрейфа нуля, согласование уровней постоянного напряжения между каскадами.

УПТ предназначены для усиления медленных электрических сигналов частотой доли герц. В таких усилителях для связи с источником сигнала и нагрузкой обычно используется гальваническая (непосредственная) связь с помощью элементов, обладающих проводимостью по постоянному току, таких как проводники, резисторы, полупроводниковые приборы. Применение ёмкостной связи осложнено тем обстоятельством, что обеспечить значение нижней граничной частоты величиной в тысячные доли герц возможно при использовании разделительных конденсаторов ёмкостью десятки-сотни мФ. Стремление к миниатюризации электронных устройств и реализации их в интегральном исполнении потребовало отказать от использования RC-связей ввиду невозможности реализации в интегральном исполнении конденсаторов большой ёмкости. Однако применение непосредственной межкаскадной связи при реализации УПТ приводит к двум серьёзным проблемам: наличие дрейфа нуля и необходимостью согласования уровней постоянного напряжения в соседних усилительных каскадах.

Проблема согласования уровней постоянного напряжение состоит в том, что в режиме покоя в усилителе на БТ с ОЭ и эмиттерной стабилизацией напряжение на коллекторе транзистора должно быть Uk≈Uип/2, а напряжение на базе ниже: . Таким образом, непосредственное подключение входа следующего каскада к выходу предыдущего без принятия специальных мер невозможно. Самый просто способ согласования – уменьшение Uk или увеличение падения напряжения на резисторе Rэ путём увеличения сопротивления этого резистора приводит к значительному уменьшению коэффициента усиления по напряжению во втором каскаде.

Способы согласования уровней постоянного напряжения:

1. Согласование с помощью резистора. Недостаток: потери сигнала, связанные с делителем напряжения.

2. Использование в качестве элемента связи полупроводникового диода

3. Использование стабилитрона

4. Использование шунта: . 5. Балансная схема

Дрейф нуля – медленное изменение выходного напряжения УПТ, обусловленное нестабильностью источника питания, изменением температуры и старением элементов схемы, при постоянном входном напряжении. Дрейф нуля описывается двумя параметрами: абсолютный дрейф нуля Uвых др – напряжение дрейфа на выходе усилителя и дрейф нуля, приведённый ко входу, U вх др – отношение абсолютного дрейфа к Uвх др=Uвых др/Ku

Это явление приводит к ошибкам в работе оконечных устройств автоматики, т.к. полезный сигнал суммируется с напряжением дрейфа. Данное явление накладывает ограничение на величину чувствительности усилителя, которая для минимизации таких ошибок должна быть во много раз больше приведённого дрейфа

Способы борьбы с дрейфом нуля:

1. Использование термокомпенсирующих и термостабилизирующих схем задания рабочей точки.

2. Использование усилителей с преобразованием сигнала

3. Балансные усилители (дифференциальные)