Podręcznik: Układy polaryzacji we wzmacniaczach

3. Wybrane układy analogowe

3.8. Układy polaryzacji we wzmacniaczach

W układach wzmacniaczy omawianych w poprzednim punkcie pominięte były elementy potrzebne do doprowadzenia do bramek tranzystorów stałych napięć polaryzujących określających ich punkty pracy, jak na przykład napięcia $V_{P1}$ i $V_{P2}$ w układzie z rysunku 3-23. Do tego mogą służyć omawiane w punkcie 3.1.2 źródła napięciowe, ale stosowane bywają po prostu dzielniki napięcia zasilającego, a gdy dwa stopnie wzmacniacza są ze sobą bezpośrednio sprzężone, właściwą polaryzację drugiego stopnia najczęściej zapewnia układ przesuwania poziomu składowej stałej (wspomniany w punkcie 3.1.2).

Dzielniki napięcia pokazuje rysunek 3-24.

Rysunek 3‑24. Układy dzielników napięcia: (a) rezystorowy, (b),(c) tranzystorowe

Dzielnik rezystorowy jest najprostszy, ale nie najbardziej ekonomiczny. Rezystory zajmują duże powierzchnie i nie mogą mieć dużych rezystancji, więc dzielnik rezystorowy zwykle pobiera znaczny prąd. Dzielniki tranzystorowe są pod tym względem znacznie korzystniejsze. W przypadku dzielników pokazanych na rysunku 3-24b i 3-24c, zakładając prąd wyjściowy równy zeru i przyrównując prądy drenów tranzystorów otrzymuje się

$V_2=\frac{m_2}{m_1+m_2}V_1+\frac{m_1V_{T1}-m_2V_{T2}}{m_1+m_2}$

3.35

gdzie

$m_1=\sqrt{\mu_1\frac{W_1}{L_1}}$

3.36

$m_2=\sqrt{\mu_2\frac{W_2}{L_2}}$

3.37

W przypadku tranzystora pMOS należy we wzorze 3-35 użyć wartości bezwzględnej napięcia progowego.

Teoretycznie można także zbudować dzielnik napięcia z kondensatorów, jednak jest to rzadko stosowane, bo jakakolwiek upływność kondensatora zaburza podział napięcia.

Przykład układów przesuwania poziomu składowej stałej pokazuje rysunek 3-25.

Rysunek 3‑25. Układy przesuwania poziomu składowej stałej: (a) z tranzystorami nMOS, (b) z tranzystorami pMOS

Najprostszym układem przesuwania poziomu składowej stałej jest układ znany jako wtórnik. Wtórnik z tranzystorami MOS ma w najprostszym przypadku schemat jak na rysunku 3-25. Wersja z tranzystorami nMOS daje możliwość uzyskania na wyjściu napięcia stałego niższego niż na wejściu, wersja z tranzystorami pMOS – przeciwnie. W obu przypadkach tranzystor T3 działa jako wtórnik (układ ze wspólnym drenem), a tranzystory T1 i T2 tworzą źródło prądowe. Układy te przenoszą składową zmienną z wejścia na wyjście praktycznie bez zmiany amplitudy. Różnica między napięciem na wyjściu, a napięciem na wejściu jest dana (co do wartości bezwzględnej) wzorem

$\Delta V=VT+\sqrt{\frac{2I}{μCox\frac{W_{T3}}{L_{T3}}}}$

3.38

Różnicę napięć ∆V można w pewnym zakresie regulować dobierając prąd I oraz wymiary kanału. Podobne układy buduje się też na tranzystorach bipolarnych.