Усилители на полевых транзисторах широко используются в радиоэлектронной аппаратуре благодаря ряду преимуществ по сравнению с биполярными транзисторами. Рассмотрим основные особенности и принципы построения схем усилителей на полевых транзисторах.
Преимущества полевых транзисторов
Полевые транзисторы обладают рядом важных преимуществ:
- Высокая входная проводимость и низкий входной ток (практически нулевой)
- Высокая линейность характеристик
- Высокая рабочая частота
- Низкие шумы
- Высокая надежность и стабильность параметров
Эти свойства позволяют создавать на их основе эффективные схемы усилителей различного назначения.
Типы усилителей на полевых транзисторах
На полевых транзисторах можно реализовать усилители следующих типов:
- Малошумящие усилители
- Широкополосные усилители
- Усилители мощности
- Импульсные усилители
- Усилители ВЧ и СВЧ
Рассмотрим особенности построения схем для каждого из этих типов усилителей.
Схема усилителя мощности на полевых транзисторах схема
Для построения мощного усилителя на полевых транзисторах чаще всего используется схема с общим истоком. В ней полевые транзисторы включены параллельно, а их истоки объединены. Такая схема позволяет получить выходную мощность, равную сумме мощностей отдельных транзисторов.
Основные достоинства этой схемы:
- Возможность получения большой выходной мощности
- Хорошие частотные свойства
- Высокий КПД
Для улучшения линейности амплитудной характеристики и расширения рабочего диапазона частот применяют отрицательную обратную связь.
Схема предварительного усилителя на полевых транзисторах
Предварительные усилители на полевых транзисторах используются для усиления слабых сигналов с минимальными искажениями. Для этого применяют простейшую схему усилителя на полевом транзисторе по схеме с общим истоком.
Отличительные особенности такой схемы:
- Высокое входное сопротивление, позволяющее усиливать слабые сигналы без искажений
- Низкий уровень собственных шумов
- Хорошая линейность амплитудной характеристики
Для улучшения частотных свойств в схему добавляют корректирующие RC-цепи.
Усилители ВЧ и СВЧ на полевых транзисторах
Полевые транзисторы успешно применяются для построения усилителей высоких и сверхвысоких частот. Это обусловлено их высокой рабочей частотой, малой емкостью и хорошими шумовыми параметрами.
Для усиления ВЧ и СВЧ используются различные схемы на полевых транзисторах:
- С общей базой
- С общим затвором
- С общим стоком
- Каскодные схемы
Выбор конкретной схемы зависит от требований к параметрам усилителя на заданной частоте.
Полевые транзисторы благодаря своим уникальным свойствам позволяют создавать эффективные схемы усилителей для самых разных областей применения. Правильный выбор схемы усилителя на полевых транзисторах для конкретных задач помогает получить оптимальные характеристики и технические параметры.
Особенности выбора полевых транзисторов
При разработке усилителя на полевых транзисторах очень важный момент - это правильный выбор самих транзисторов. От их параметров зависят ключевые характеристики схемы.
При выборе полевых транзисторов нужно учитывать:
- Требуемый тип - с р-каналом или n-каналом
- Необходимые значения рабочего напряжения и тока
- Частотные свойства
- Уровень собственных шумов
В зависимости от назначения усилителя могут потребоваться полевые транзисторы различных типов и классов.
Нестандартные схемы усилителей на полевых транзисторах
Помимо типовых схем с общим истоком или стоком, существуют и более экзотические схемы усилителей на полевых транзисторах. К ним относятся:
- Гибридные схемы с использованием биполярных и полевых транзисторов
- Двухтактные схемы усилителей мощности
- Схемы с несколькими полевыми транзисторами в каскаде
Такие нестандартные решения позволяют получить уникальный набор параметров, недостижимый в рамках классических схемотехнических решений.
Особенности расчета усилителей на полевых транзисторах
Расчет усилителя на полевых транзисторах во многом отличается от расчета усилителей на биполярных транзисторах. Это связано с принципиальными различиями в их работе.
Основные моменты при расчете:
- Расчет рабочей точки транзистора по заданному режиму
- Выбор сопротивлений нагрузки и истока
- Расчет обратной связи для обеспечения необходимых параметров
- Моделирование частотных характеристик усилителя
Такой расчет позволяет получить оптимальные параметры схемы и гарантировать ее стабильную работу.
Тепловой режим полевых транзисторов в усилителе
Важной частью проектирования усилителя на полевых транзисторах является обеспечение надежного теплового режима. Перегрев транзисторов может привести к деградации их характеристик и выходу усилителя из строя.
Для предотвращения перегрева необходимо:
- Правильно выбрать транзисторы с запасом по максимальной рассеиваемой мощности
- Использовать эффективные радиаторы
- Применять принудительное охлаждение при необходимости
Контроль температуры транзисторов позволяет не допустить их перегрева в процессе работы усилителя.
Согласование каскадов усилителя
Для построения многокаскадных усилителей на полевых транзисторах важно корректно согласовать отдельные каскады между собой.
Согласование необходимо проводить по:
- Амплитуде сигнала
- Входному и выходному сопротивлению
- Рабочему диапазону частот
Это позволяет исключить искажения сигнала при прохождении через каскады и получить требуемые характеристики всего усилителя.
Стабилизация параметров схемы усилителя
Для обеспечения стабильности параметров усилителя на полевых транзисторах применяют следующие методы:
- Использование прецизионных и стабильных компонентов
- Введение отрицательной обратной связи
- Применение регулируемых источников питания
- Термостабилизация схемы
Грамотная стабилизация гарантирует неизменность характеристик усилителя во времени и при изменении внешних условий.
Методы расширения частотного диапазона усилителя
Существует несколько методов расширения рабочего частотного диапазона усилителя на полевых транзисторах:
- Использование полевых транзисторов с повышенной частотой перехода
- Введение корректирующих RC-цепей
- Применение схем компенсации емкостей
- Использование полосковых линий в СВЧ усилителях
Комбинирование этих методов позволяет добиться широкополосности усилителя на полевых транзисторах.
Помехозащищенность усилителя
Для защиты усилителя на полевых транзисторах от внешних помех используются следующие решения:
- Фильтрация питающих напряжений
- Экранирование схемы
- Применение дифференциальных схем
- Использование элементов подавления помех в цепях питания и входных цепях
Такая комплексная защита позволяет существенно улучшить помехозащищенность разрабатываемого усилителя.
