Amplificator MOSFET
Un amplificator MOSFET se bazează pe tehnologia Metal-Oxide-Semiconductor. Este un fel de tranzistor cu efect de câmp bazat pe poartă izolată. Tranzistoarele cu efect de câmp oferă o impedanță o/p mai mică și o impedanță i/p mai mare atunci când sunt utilizate pentru funcții de amplificare.
Circuitul și funcționarea amplificatorului MOSFET de îmbunătățire
Circuitul pentru un amplificator MOSFET este prezentat mai jos. Literele „G”, „S” și „D” sunt folosite în acest circuit pentru a indica pozițiile porții, sursei și scurgerii, în timp ce tensiunea de scurgere, curentul de scurgere și tensiunea sursă de poartă au fost reprezentate de V. D , eu D , și V GS .
MOSFET-urile funcționează adesea în trei regiuni, liniar/ohmic, cut-off și saturație. Când MOSFET-urile sunt utilizate ca amplificatoare, ele funcționează în zona ohmică a uneia dintre aceste trei regiuni de funcționare, unde fluxul total de curent al dispozitivului crește pe măsură ce tensiunea aplicată crește.
În amplificatorul MOSFET, similar cu un JFET, o mică modificare a tensiunii de poartă va duce la o schimbare semnificativă a curentului de drenaj. Ca rezultat, MOSFET servește ca un amplificator prin întărirea unui semnal slab la bornele porții.
Funcționarea amplificatorului MOSFET
Circuitul amplificator MOSFET este creat prin adăugarea unei surse, drenaj, rezistență de sarcină și condensatori de cuplare la circuitul mai simplu prezentat mai sus. Circuitul de polarizare al amplificatorului MOSFET este prezentat mai jos:
Un divizor de tensiune este componenta de construcție a circuitului de polarizare de mai sus, iar sarcina sa principală este polarizarea unui tranzistor într-o direcție. Prin urmare, aceasta este tehnica de polarizare pe care o folosesc tranzistorii în circuitele cele mai frecvent polarizate. Pentru a se asigura că tensiunea este împărțită și furnizată în MOSFET la nivelurile adecvate, sunt utilizate două rezistențe. Două rezistențe paralele, R 1 și R 2 , sunt folosite pentru a furniza tensiunile de polarizare. Divizorul de tensiune DC polarizat din circuitul de mai sus este protejat de semnalul AC care va fi amplificat în continuare de C 1 și C 2 pereche de condensatoare de cuplare. Sarcina ca rezistor RL primește ieșirea. Tensiunea polarizată este dată de:
R 1 și R 2 valorile sunt de obicei ridicate în acest caz pentru a crește impedanța de intrare a amplificatorului și pentru a limita pierderile de putere ohmică.
Tensiuni de intrare și ieșire (Vin și Vout)
Presupunem că nu există nicio sarcină conectată în paralel cu ramura de scurgere pentru a simplifica expresiile matematice. Tensiunea sursă-poartă VGS, primește tensiunea de intrare (Vin) de la terminalul de poartă (G). R S x eu D va furniza căderea de tensiune pe R respectiv S rezistor. Transconductanță (de ex m ) este raportul curentului de scurgere ( I D ) la tensiunea poarta-sursa (V GS ) după ce a fost aplicată o tensiune de dren-sursă constantă:
Deci, eu D = g m ×V GS și tensiunea de intrare (V în ) poate fi calculată din V GS :
Tensiunea o/p (V afară ) în circuitul de mai sus este:
Câștig de tensiune
Câștigul de tensiune (A ÎN ) este raportul dintre tensiunile de intrare și de ieșire. În urma acestei reduceri, ecuația va deveni:
Faptul că amplificatorul MOSFET realizează inversarea semnalului o/p la fel ca amplificatorul BJT CE. Simbolul „-“ reprezintă inversarea. Defazatul este astfel de 180° sau rad pentru ieșiri.
Clasificarea amplificatorului MOSFET
Există trei tipuri diferite de amplificatoare MOSFET: poarta comună (CG), sursă comună (CS) și scurgere comună (CD). Fiecare tip și configurația sa sunt detaliate mai jos.
Amplificare folosind MOSFET-uri cu sursă comună
Într-un amplificator sursă obișnuită, tensiunea o/p este amplificată și ajunge peste rezistorul la sarcina din interiorul terminalului de scurgere (D). Semnalul i/p este furnizat atât la terminalele de poartă (G) cât și de sursă (S) în acest caz. Terminalul sursă servește ca terminal de referință între i/p și o/p în acest aranjament. Datorită câștigului său ridicat și potențialului de amplificare a semnalului mai mare, aceasta este o configurație deosebit de preferată față de BJT. Mai jos este o diagramă a circuitului unui amplificator MOSFET cu sursă comună.
Rezistorul „RD” este rezistența dintre drenaj (D) și masă (G). Modelul hibrid π, care este prezentat în figura următoare, este utilizat pentru a reprezenta acest circuit cu semnal mic. Din acest model, curentul produs este reprezentat de i = g m în gs . Prin urmare,
Valorile diferiților parametri pot fi estimate a fi Rin=∞, V i =V înșiși și V gs =V i
Astfel, câștigul de tensiune în circuit deschis este:
Un circuit liniar alimentat de o sursă poate fi schimbat cu Thevenin sau echivalentul lui Norton. Echivalența lui Norton poate fi folosită pentru a modifica porțiunea de ieșire a circuitului din circuitul cu semnal mic. Echivalentul Norton este mai practic în această situație. Cu echivalența presupusă, câștigul de tensiune G ÎN poate fi modificat ca:
Amplificatoarele MOSFET cu sursă comună au impedanță infinită de intrare/ieșire, rezistență mare de pornire/oprire și câștig de tensiune ridicată.
Amplificator cu poartă comună (CG)
Amplificatoarele cu poartă comună (CG) sunt adesea folosite ca amplificatoare de curent sau de tensiune. Terminalul sursă (S) al tranzistorului funcționează ca intrare în aranjamentul CG, în timp ce terminalul de scurgere servește ca ieșire, iar terminalul de poartă este legat de masă (G). Același aranjament de amplificator de poartă este adesea folosit pentru a crea o izolare puternică între intrare și ieșire pentru a reduce impedanța de intrare sau pentru a evita oscilația. Modelele de semnal mic și T ale circuitului echivalent amplificatorului cu poartă comună sunt prezentate mai jos. Curentul de poartă în modelul „T” este întotdeauna zero.
Dacă „Vgs” este tensiune aplicată și curentul la sursă este reprezentat de „V gs x g m ', apoi:
Aici, amplificatorul de poartă comună are o rezistență de intrare redusă, reprezentată ca R în = 1/g m . Valoarea rezistenței de intrare este în general de câteva sute de ohmi. Tensiunea o/p este dată astfel:
Unde:
Prin urmare, tensiunea în circuit deschis poate fi reprezentată ca:
Deoarece rezistența de ieșire a circuitului este R O = R D , câștigul amplificatorului suferă din cauza impedanței i/p scăzute. Prin urmare, folosind formula divizorului de tensiune:
Pentru că „R înșiși ’ este adesea mai mare de 1/g m , v-ul i ’ este atenuat în comparație cu V înșiși . Câștigul adecvat de tensiune este obținut atunci când o rezistență de sarcină „RL” este conectată la o/p,. Câștigul de tensiune este astfel reprezentat ca:
Amplificator de drenaj comun
Un amplificator cu drenaj comun (CD) este unul în care terminalul sursă primește semnalul de ieșire, iar terminalul de poartă primește semnalul de intrare în timp ce terminalul de scurgere (D) este lăsat deschis. Sarcinile mici o/p sunt frecvent conduse folosind acest amplificator CD ca circuit tampon de tensiune. Această configurație oferă impedanță o/p foarte scăzută și impedanță i/p extrem de mare.
Circuitul echivalent al amplificatorului de scurgere comun pentru semnale mici și modelul T este afișat mai jos. Sursa de intrare i/p din acest circuit poate fi identificată prin tensiunea echivalentă a unui rezistor (R înșiși ) și un Thevenin (V înșiși ). Un rezistor de sarcină (RL) se conectează la ieșire între terminalul sursei (S) și terminalul de masă (G).
De când I G este zero, Rin = ∞ Divizorul de tensiune pentru tensiunea la borne poate fi exprimat astfel:
Folosind echivalentul lui Thevenin, câștigul general de tensiune este similar cu expresia de mai sus, care poate fi evaluată luând în considerare R 0 =1/g m la fel de:
Din moment ce R O = 1/g m este în general o valoare destul de mică de la rezistența mare de sarcină „RL”, câștigul este mai mic decât unitatea în acest caz.
Concluzie
Diferența dintre un amplificator obișnuit și un amplificator MOSFET este că un amplificator obișnuit folosește un circuit electronic pentru a amplifica semnalul de intrare pentru a produce un semnal de ieșire cu o amplitudine mare. Amplificatoarele MOSFET procesează semnale digitale cu un consum de energie relativ mic în comparație cu BJT.