Усилительный каскад на МОП-транзисторе, включенном по схеме с общим истоком
Схема усилителя на МОП-транзисторе, включенном по схеме с общим истоком, показана на рис. 3.3.1. Резистор учитывает сопротивление источника сигнала. Конденсаторы и являются разделительными. Резисторы и образуют делитель, определяющий напряжение затвора. Резистор является цепью отрицательной обратной связи.
Рис. 3.3.1
Расчет постоянных составляющих токов и напряжений рассмотрим на примере. В схеме усилителя на рис. 3.3.1 , , , . Параметры транзистора: , . Заменяя кондесаторы разрывом, получим расчетную схему, показанную на рис. 3.3.2.
Решение. Поскольку ток затвора МОП-транзистора равен нулю, напряжение затвора найдем как напряжение на выходе делителя напряжения R1–R2:
.
Примем, что транзистор находится в режиме насыщения. Если в результате расчетов наши предположения не подтвердятся, мы проведем повторный анализ для триодного режима.
Рис. 3.3.2
Из уравнения для контура, включающего , и цепь затвор – исток, получим
.
Ток стока
.
Подставляя числовые значения, получим квадратное уравнение
.
Корни этого уравнения , .
Первый корень не имеет физического смысла, так как в этом случае напряжение стока относительно земли меньше напряжения затвора. Следовательно, решением является второй корень, т. е. . Напряжение истока . Напряжение затвор-исток . Напряжение стока .
Напряжение стока , следовательно, транзистор работает в режиме насыщения, как мы и предполагали.
Определим коэффициент усиления переменной составляющей напряжения, воспользовавшись моделью для режима малого сигнала. Исключая постоянный источник и замыкая накоротко зажимы конденсаторов, получаем эквивалентную схему усилителя для малого сигнала (рис. 3.3.3). Передаточная проводимость определяется соотношением
Сопротивление:
.
Напряжение затвор-исток:
.
Сопротивление составляет несколько МОм и значительно больше сопротивления источника сигнала. Поэтому можно считать, что .
Выходное напряжение:
.
Рис. 3.3.3
Коэффициент усиления переменной составляющей напряжения:
.
Биполярные транзисторы имеют большее значение передаточной проводимости , чем полевые транзисторы. Поэтому усилитель на МОП-транзисторе дает меньшее значение , чем усилитель на на биполярном транзисторе.
При сборке схемы использовать модель МОП-транзистора с индуцированным каналом n-типа IRF150 из библиотеки EVAL.slb. Примеры схем можно найти в файлах W3_3_1, W3_3_2 в папке EMF\Labs.