Коэффициент усиления по напряжению усилительного каскада с общим истоком

где S – крутизна, a R _i – внутреннее (выходное) сопротивление полевого транзистора.

Входное сопротивление полевых транзисторов, т.е. сопротивление между затвором и истоком, имеет значение порядка 10⁸ Ом, поэтому входное сопротивление рассматриваемого усилительного каскада oпределяется сопротивлением резистора R ₃, который подключен параллельно входным зажимам полевого транзистора:

R _вх ≈ R ₃ = 10⁵… 10⁶ Ом.

Выходное сопротивление современных полевых транзисторов, т. e сопротивление между стоком и истоком, 10^4…… 10⁶ Ом, поэтому выходное сопротивление усилительного каскада на полевом транзисторе определяется сопротивлением резистора R _С: R _вых ≈ R _С = 10³ - 10⁴ Ом, т.е. R _вых << R _BX, что является важным преимуществом усилительных каскадов на полевых транзисторах. 

Помимо усилительных каскадов с общим истоком, в устройствах промышленной электроники применяют усилительные каскады с общим стоком (рис. 2.12, б). В этом каскаде нагрузочный резистор R _ивключен в цепь истока, а сток по переменным составляющим тока и напряжения соединен с общей точкой усилителя. Выходное напряжение, равное переменной составляющей падения напряжения на резисторе R _и, снимается через конденсатор связи С _с. Усилительный каскад на полевом транзисторе с общим стоком аналогичен по своим свойствам эмиттерному повторителю. Он обладает большими входным сопротивлением и коэффициентом усиления по току, малым выходным сопротивлением. Его часто называют истоковым повторителем.

 

2.1.6. Усилитель постоянного тока

 

Для получения больших коэффициентов усиления применяют многокаскадные усилители. Связь каскадов между собой осуществляют с помощью конденсаторов, резисторов. Поэтому зависимость коэффициента усиления от частоты имеет вид, показанный на рис. 2.13. При низких частотах коэффициент усиления стремится к нулю, так как сопротивление конденсатора очень возрастает.

    Во многих случаях, особенно при контроле и измерении неэлектрических величин, требуется усиления постоянных токов или сигналов низких частот. Для этого применяют усилители постоянного тока (УПТ), у которых связь между каскадами выполняется с помощью резисторов. Поэтому коэффициент усиления УПТ остается практически неизменным в большой полосе частот, начиная от нуля до граничной частоты (рис. 2.13).

    Большим недостатком УПТ является так называемый дрейф нуля, заключающийся в том, что с течением времени на выходе усилителя появляется напряжение при отсутствии напряжения на входе.

    Для борьбы с дрейфом нуля применяют:

- стабилизацию напряжения питания,

- стабилизацию температурного режима,

- дифференциальные (балансные) схемы.

Рассмотрим мостовую схему (рис. 2.14, а). В ней потенциалы точек 1 и 2 при холостом ходе (в отсутствие нагрузки R_H) будут равны

.

Предположим, что j ₁ = j ₂, тогда

 .

После преобразований получим

R 1 / R 2 = R 3 / R 4.

Баланс моста (j ₁ = j ₂) будет сохраняться при синхронном (одновременном) и одинаковом изменении пары R 1, R 3 или/и R 2, R 4.

Заменим резисторы R 2 и R 4 одинаковыми транзисторами, (рис. 2.14, б). На нем оба плеча идентичные, т.е. R _к1 = R _к2, h ₂₁= h ₂₁ и т.д.

Рис.2.14. Мостовая схема(а) и дифференциальный усилитель (б)

 

Ток через резистор R _э будет равен i = i ₁ + i ₂. Если u _вх1 = u _вх2, то коллекторные токи i ₁ = i ₂ и, следовательно, u _вых = 0.

Можно утверждать, что при синфазные сигналы (одинаковых по фазе и амплитуде) входных сигналах потенциалы коллекторов транзисторов VT 1 и VT 2 изменяются также синфазно, поэтому u _вых = 0.

Если на входы представленного усилителя подать дифференциальные (разные) сигналы, то на выходе появится их усиленная разность. Таким образом, усилитель (рис. 2.14, б) представляет собой усилитель разностного сигнала – дифференциальный усилитель (ДУ). Этот усилитель может быть использован и как усилитель постоянного тока.

При изменении температуры в симметричных плечах ДУ токи будут меняться одинаково и D u _вых = 0. Следовательно, ДУ обладает много большей температурной стабильностью, чем в несбалансированной схеме, а теоретически температурная стабильность может быть абсолютной.

Вообще, ДУ оказывается малочувствительным к любым синфазным воздействиям. Например, помеха по цепям питания вызывает одинаковое изменение токов в плечах ДУ, и выходное напряжение не изменяется.

Для улучшения качественных показателей ДУ вместо резистора R _э применяют источник тока J = i ₁ + i ₂ = const.

 ДУ может быть выполнен и на полевых транзисторах. Он является важной частью так называемых операционных усилителей – его входным узлом.

 

Операционный усилитель