MOSFET förstärkare
En MOSFET-förstärkare är baserad på Metal-Oxide-Semiconductor-teknologi. Det är en sorts isolerad grindbaserad fälteffekttransistor. Fälteffekttransistorer ger lägre o/p-impedans och en högre i/p-impedans när de används för förstärkningsfunktioner.
Krets och drift av Enhancement MOSFET-förstärkare
Kretsen för en MOSFET-förstärkare ges nedan. Bokstäverna 'G', 'S' och 'D' används i denna krets för att indikera positionerna för gate, source och drain medan drain-spänningen, drain-strömmen och gate-source-spänningen har representerats av V D , jag D , och V GS .
MOSFETs fungerar ofta i tre regioner, linjär/ohm, cut-off och saturation. När MOSFET:er används som förstärkare fungerar de i den ohmska zonen i en av dessa tre driftsområden, där enhetens totala strömflöde ökar när den pålagda spänningen stiger.
I MOSFET-förstärkaren, som liknar en JFET, kommer en liten förändring i gate-spänningen att resultera i en betydande förändring av dess dräneringsström. Som ett resultat fungerar MOSFET som en förstärkare genom att förstärka en svag signal vid gateterminaler.
Fungerar för MOSFET-förstärkare
MOSFET-förstärkarkrets skapas genom att lägga till en källa, drain, belastningsmotstånd och kopplingskondensatorer till den enklare kretsen som visas ovan. MOSFET-förstärkarens förspänningskrets finns nedan:
En spänningsdelare är byggnadskomponenten i ovanstående förspänningskrets, och dess primära uppgift är att förspänna en transistor i en riktning. Därför är detta den förspänningsteknik som transistorer använder i de vanligaste förspända kretsarna. För att säkerställa att spänningen delas och levereras till MOSFET på rätt nivåer, används två motstånd. Två parallella motstånd, R 1 och R 2 , används för att leverera förspänningarna. Den förspännande DC-spänningsdelaren i ovanstående krets är skärmad från AC-signalen som kommer att förstärkas ytterligare av C:n 1 och C 2 par kopplingskondensatorer. Belastningen som ett RL-motstånd tar emot utgången. Den förspända spänningen ges av:
R 1 och R 2 värden är vanligtvis höga i detta fall för att öka förstärkarens ingångsimpedans och för att begränsa ohmska effektförluster.
In- och utgångsspänningar (Vin & Vout)
Vi antar att det inte finns någon last kopplad parallellt med avloppsgrenen för att förenkla de matematiska uttrycken. Käll-grind-spänningen VGS, tar emot ingångsspänningen (Vin) från gate-terminalen (G). R S x jag D ska ge spänningsfallet över respektive R S motstånd. Transkonduktans (t m ) är förhållandet mellan dräneringsström (I D ) till gate-source spänning (V GS ) efter att en konstant drain-source-spänning har applicerats:
Så jag D = g m ×V GS & ingångsspänningen (V i ) kan beräknas från V GS :
O/p-spänningen (V ut ) i ovanstående krets är:
Spänningsförstärkning
Spänningsförstärkningen (A I ) är förhållandet mellan ingångs- och utgångsspänningar. Efter den minskningen blir ekvationen:
Det faktum att MOSFET-förstärkaren utför invertering av o/p-signalen precis som BJT CE-förstärkaren. Symbolen '-' står för inversion. Fasförskjutningen är alltså 180° eller rad för utgångar.
Klassificering av MOSFET-förstärkare
Det finns tre olika typer av MOSFET-förstärkare: common gate (CG), common source (CS) och common drain (CD). Varje typ och dess konfiguration beskrivs nedan.
Amplifiering med Common Source MOSFETs
I en vanlig källförstärkare förstärks o/p-spänningen och den når över motståndet vid belastningen inuti drain (D) terminalen. I/p-signalen tillhandahålls vid både gate (G) och source (S) terminaler i detta fall. Källterminalen fungerar som en referensterminal mellan i/p och o/p i detta arrangemang. På grund av dess höga förstärkning och potential för mer signalförstärkning är detta en särskilt föredragen konfiguration än BJT. Nedan är ett diagram över en vanlig MOSFET-förstärkares krets.
'RD'-motståndet är motståndet mellan avloppet (D) och jord (G). Hybrid π-modellen, som visas i nästa figur, används för att representera denna småsignalkrets. Från denna modell representeras producerad ström av i = g m i gs . Därför,
Värdena för olika parametrar kan uppskattas till Rin=∞, V i =V sig själva och V gs =V i
Således är spänningsförstärkningen i öppen krets:
En linjär krets som drivs av en källa kan bytas ut mot dess Thevenin eller Nortons motsvarighet. Nortons ekvivalens kan användas för att modifiera kretsens utgångsdel från småsignalkretsen. Norton-motsvarigheten är mer praktisk i den här situationen. Med den antagna ekvivalensen är spänningsförstärkningen G I kan ändras som:
Common Source MOSFET-förstärkare har oändlig in-/utgångsimpedans, hög på/av-resistans och hög spänningsförstärkning.
Common-Gate Amplifier (CG)
Common-gate (CG)-förstärkare används ofta som ström- eller spänningsförstärkare. Transistorns source-terminal (S) fungerar som ingång i CG-arrangemanget, medan drain-terminalen fungerar som utgång och gate-terminalen är kopplad till jord (G). Samma grindförstärkararrangemang används ofta för att skapa stark isolering mellan ingången och utgången för att minska ingångsimpedansen eller undvika oscillation. Common-gate-förstärkarens ekvivalentkretss småsignal- och T-modeller visas nedan. Grindströmmen i 'T'-modellen är alltid noll.
Om 'Vgs' är pålagd spänning och strömmen vid källan representeras av 'V gs x g m ’, sedan:
Här har den gemensamma gate-förstärkaren reducerat ingångsresistans representerat som R i = 1/g m . Värdet på ingångsresistansen är vanligtvis några hundra ohm. O/p-spänningen anges som:
Var:
Därför kan öppen kretsspänningen representeras som:
Eftersom kretsens utgångsresistans är R O = R D , lider förstärkarens förstärkning av den låga i/p-impedansen. Använd därför spänningsdelarens formel:
Eftersom 'R sig själva ' är ofta större än 1/g m , V i ’ är dämpad i jämförelse med V sig själva . Lämplig spänningsförstärkning uppnås när ett belastningsmotstånd 'RL' är anslutet till o/p,. Spänningsförstärkningen representeras således som:
Vanlig avloppsförstärkare
En common-drain (CD)-förstärkare är en där källterminalen tar emot utsignalen och gateterminalen tar emot insignalen medan drain-terminalen (D) lämnas öppen. Små o/p-belastningar drivs ofta med denna CD-förstärkare som en spänningsbuffertkrets. Denna konfiguration erbjuder mycket låg o/p-impedans och extremt hög i/p-impedans.
Den gemensamma dräneringsförstärkarens ekvivalenta krets för små signaler och T-modellen visas nedan. I/p-ingångskällan i denna krets kan identifieras av den ekvivalenta spänningen hos ett motstånd (R sig själva ) och en Thevenin (V sig själva ). Ett belastningsmotstånd (RL) ansluts med utgång mellan källans (S) anslutning och jord (G) anslutningen.
Sedan I G är noll, Rin = ∞ Spänningsdelaren för terminalspänning kan uttryckas som:
Genom att använda Thevenins motsvarighet, hittas den totala spänningsförstärkningen liknande uttrycket ovan, vilket kan utvärderas med hänsyn till R 0 =1/g m som:
Sedan R O = 1/g m är i allmänhet ett ganska litet värde från ett stort belastningsmotstånd 'RL', förstärkningen är mindre än enhet i detta fall.
Slutsats
Skillnaden mellan en vanlig förstärkare och en MOSFET-förstärkare är att en vanlig förstärkare använder en elektronisk krets för att förstärka insignalen för att producera en utsignal med hög amplitud. MOSFET-förstärkare bearbetar digitala signaler med jämförelsevis liten strömförbrukning jämfört med BJT.