Усилитель на полевом транзисторе

Дружинин Г.А.

Грачёв Б.Е.

 

Усилитель на полевом транзисторе

 

Описание лабораторной работы

 

СПб

2019

 

Графический расчёт усилителя на полевом транзисторе

 

Выберем напряжение питания 10 В и для упрощения построения нагрузочной прямой выберем сопротивление нагрузки   R_Н = 1 кОм.

Зависимость тока через сопротивление линейная, и график её – прямая линия. При закрытом транзисторе ток равен нулю и напряжение U_СИ = 10 В.

При полностью открытом транзисторе   U_СИ = 0, а ток I_СИ = 10В / 1 кОм = 10 мА.

Поэтому, на рис. 3 проведём нагрузочную прямую между точками 10 В и 10 мА. Теперь можно определить коэффициент усиления по напряжению.

 

Рис. 5.

Схема простейшего работоспособного каскада с общим истоком на полевом транзисторе.

 

Выберем постоянное напряжение на затворе в рабочей точке U_ЗИ = −1.3 В (точка b) и графически определим, на какую величину изменится напряжение между стоком и истоком при изменении напряжения на затворе на 0.65 В (точки a, b и c на рис. 5).

 

Это будет разница напряжений сток–исток в точках   а и c на рис. 5 Δ U_СИ = –3.7В.

K_УС = Δ U_СИ / Δ U_ЗИ = –3.7 В / 0.65 В = – 5.7.

Во-первых, знак K_{УСИЛЕНИЯ} отрицательный – усилитель изменяет (инвертирует) знак сигнала. При увеличении напряжения U_ЗИ от – 1.65 до – 1.0 В напряжение U_СИ уменьшается.

Во-вторых, на этом примере видны источники возможных нелинейных искажений. Например, если взять рабочую точку на характеристике с напряжением U_ЗИ = −0.5 В, то из графика видно, что увеличение и уменьшение напряжения на затворе на 0.25 В приведёт к разным по модулю изменениям выходного напряжения, а в итоге к нелинейным искажениям сигнала.

Получился маленький коэффициент усиления по сравнению с аналогичным каскадом на биполярном транзисторе, у которого коэффициент составлял бы около сотни. Зато очень большое входное сопротивление. Обычно оно определяется только сопротивлением резистора R₁, так как собственное входное сопротивление полевого транзистора больше 10⁸ Ом.

 

Такой простейший каскад требует выбора режима работы почти в каждом случае, так как у транзисторов всегда большой разброс параметров даже внутри одной серии.

Рабочую точку b мы выбрали произвольно. Если выбирать точку из соображений максимального неискажённого выходного напряжения, то лучше выбрать точку а.

Если выбирать из соображений экономичности, лучше взять точку с минимальным током, например точку с.

Сопротивление R _g и ёмкость C _g  образуют цепь автоматического смещения, задача которой – задать постоянное напряжение на затворе. Действительно, постоянный ток I₀, протекая по R _g, создаёт отрицательное напряжение − I₀ R _g на истоке относительно общего провода. Постоянное напряжение на верхнем конце резистора R _g будет положительным относительно "земли", а затвор соединён с "землёй" резистором, по которому не течёт постоянный ток. Значит, постоянное напряжение на затворе будет равно нулю. Тогда постоянное напряжение U_ЗИ будет отрицательно.

 Выбирая ток I₀ и сопротивление   R _g, можно задать нужное напряжение смещения на затворе.

В нашем примере при токе сток–исток равном 2.6 мА и напряжении смещения –1.3 В сопротивление R _g  должно быть 500 Ом. Ёмкость   С _g выбирается так, что на нижней рабочей частоте усилителя она сильно шунтирует сопротивление   R _g. Поэтому наличие цепочки   R _g C _g   не сказывается на прохождении сигнала.

 

 

Измерение характеристик каскада усиления на полевом транзисторе

 

1. Собрать широкополосный усилитель переменного напряжения по схеме рис. 7.

2. Измерить амплитудную характеристику, например, на частоте 1 кГц, начиная с нелинейного режима.

3. Измерить частотную характеристику в линейном режиме.

4. Рассчитать по построенным выходным характеристикам коэффициент усиления каскада.

5. Измерить коэффициент усиления.

6. Построить амплитудную и частотную характеристики.

7. Написать отчёт. Никаких таблиц в отчёте! Если соединяете экспериментальные точки линией – пишите зачем! По каждому пункту пишите выводы!

 

Литература

1. Г. А. Дружинин, С. П. Вятчанин. Физические основы радиоэлектроники, СПб, СОЛО, 2016. – 141 с. https://vk.com/doc-152314591_449295847
https://vk.com/doc-152314591_483645692?dl=f0ec30c586cc7fb112

2. А.П. Молчанов, П.М. Занадворов. Курс электротехники и радиотехники. Высшая школа, 1976. 480 с. http://depositfiles.com/ru/files/3qnrw38hb

2. A.Agarwal, J.H.Lang. Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits. Elsevier. 2005. 984 p.
https://ttifab.wikispaces.com/file/view/Foundations+of+Circuits.pdf

 

Дружинин Г.А.

Грачёв Б.Е.

 

Усилитель на полевом транзисторе