Истоковый повторитель на МДП транзисторе

Применение истоковых повторителей. Основные параметры истоковых повторителей на МДП транзисторе

Истоковые повторители используется в тех случаях, когда необходимо иметь не только высокое входное сопротивление, но и большой коэффициент усиления в одном каскаде. Они часто применяются в качестве входных каскадов в таких устройствах, как:

• рН-метры.
• детекторы излучения заряженных частиц.
• конденсаторные микрофоны.
• осциллографы.

Коэффициент передачи по напряжению рассчитывается по следующей формуле:

$К = (S*rds*Rl) / ((rds+Rl)*(1+S*rds))$

где: S - крутизна транзистора; rds - внутреннее сопротивление канала транзистора в активном режиме.

Входное сопротивление мощных МДП транзисторов, как правило, носит емкостный характер. Активная составляющая очень велика, поэтому при расчетах ею можно пренебречь. Поэтому достаточно рассчитать входную емкость, а не сопротивление, так как она является действительной величиной. Формула для расчета выглядит следующим образом:

$Cf = Cgd+(1-K)*Cgs$

где: Cgd - емкость между стоком и затвором транзистора; Cgs - емкость между истоком и затвором транзистора.

Выходное сопротивление повторителя рассчитывается следующим образом:

$Rf = (1+(Rl/rgs)*rds) / (1+(Rl/rgs)+S*rds$

Пример расчета истокового повторителя на МДП транзисторе

Вне зависимости от элементного состава и конструкции истокового повторителя нагрузка подключается в цепь истока, а сток соединяется с общей шиной каскада, то есть вывод стока будет общим для выходной и входной цепей усилительного каскада. По этой причине истоковый повторитель часто называют каскадос с общим стоком. Рассмотрим схему истокового повторителя, которая представлена на рисунке ниже.

Рисунок 1. Схема истокового повторителя. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

На этом рисунке сток транзистора подключен к шине питания (Ес). Режим покоя обеспечивается резисторным делителем (R1 - R2). На затвор входное напряжение подается через разделительный конденсатор (Ср), а на нагрузку выходное напряжение поступает с истока через второй разделительный конденсатор (С2).

Для выбора точки покоя необходимо обеспечить два условия:

1. Напряжение смещения (Umo) должно соответствовать участку передаточной характеристик с максимальной крутизной (то есть быть близкой к нулю).
2. Сопротивление резистора должно быть достаточно большим - R>>Rn

Выполнение данных условий поспособтсвует увеличению коэффициента передачи по напряжению. Чтобы это реализовать выбирается точка в режиме покоя на передаточной характеристике со следующими координатами:

$Uзи.о = 0,25*U зи.отс$

$Iс.о = (9/16) * Iс.нач$

Рисунок 2. График. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В данном случае напряжение на истоке рассчитывается следующим образом:

$Uи.о = 0,5*Ес$

Формула для расчета сопротивления истока выглядит следующим образом:

$Rn = Uи.о / Ic.о$

Потенциал на затворе рассчитывается по следующей формуле:

$Uз = Uи.о + Uзи.о = Uи.о - |Uзи.о|$

Данный параметр устанавливается резисторным делителем следующим образом:

$R1+R2 = 100кОм$

Величина в 100 кОм принимается в качестве значения общего сопротивления.

После расчета R2 можно рассчитать Rv. Крутизна передаточной характеристики в рабочей точке рассматриваемого повторителя рассчитывается по формуле:

$S = (1.5*Iс.нач) / |Uзи.отс|$

Коэффициент передачи по напряжения можно рассчитать следующим образом:

$Ku = (S*(Rи||Rн) / (1+S*(Rи||Rн))$

Для того, чтобы рассчитать емкости разделительных конденсаторов истокового повторителя необходимо определить постоянную времени каскада, находящуюся в области низких частот, следующим образом:

$тнч = 1 / 2*п*fн$

Так как постоянная времени каждого конденсатора в два раза больше, то есть:

$т1 = т2 = 2*тнч$

Так как теперь известны постоянные времени каждой цепи, то можно рассчитать номинал обоих разделительных конденсаторов по следующей формуле:

$т1 = С1*(R1||R2)$

$т2 = С2*((Rи/(1+S*Rи) + Rн) $