MOSFET forsterker
En MOSFET-forsterker er basert på Metal-Oxide-Semiconductor-teknologi. Det er en slags isolert portbasert felteffekttransistor. Felteffekttransistorer gir lavere o/p-impedans og høyere i/p-impedans når de brukes til forsterkningsfunksjoner.
Krets og drift av Enhancement MOSFET-forsterker
Kretsen for en MOSFET-forsterker er gitt nedenfor. Bokstavene 'G', 'S' og 'D' brukes i denne kretsen for å indikere posisjonene til porten, kilden og avløpet mens dreneringsspenningen, avløpsstrømmen og portkildespenningen er representert av V D , JEG D , og V GS .
MOSFET-er opererer ofte i tre regioner, lineær/ohmsk, cut-off og metning. Når MOSFET-er brukes som forsterkere, fungerer de i den ohmske sonen til en av disse tre driftsområdene, hvor enhetens totale strømflyt øker når den påførte spenningen øker.
I MOSFET-forsterkeren, lik en JFET, vil en liten endring i gatespenning resultere i en betydelig endring i dreneringsstrømmen. Som et resultat fungerer MOSFET som en forsterker ved å forsterke et svakt signal ved portterminaler.
Virker på MOSFET-forsterker
MOSFET-forsterkerkrets lages ved å legge til en kilde-, drain-, belastningsmotstand og koblingskondensatorer til den enklere kretsen vist ovenfor. MOSFET-forsterkerens forspenningskrets er gitt nedenfor:
En spenningsdeler er bygningskomponenten til den ovennevnte forspenningskretsen, og dens primære jobb er å forspenne en transistor i én retning. Derfor er dette forspenningsteknikken som transistorer bruker i de mest forspente kretsene. For å sikre at spenningen deles og leveres inn i MOSFET på riktige nivåer, brukes to motstander. To parallelle motstander, R 1 og R 2 , brukes til å levere forspenningene. Den forspennende DC-spenningsdeleren i kretsen ovenfor er skjermet fra AC-signalet som vil bli forsterket ytterligere av C 1 og C 2 par koblingskondensatorer. Lasten som en RL-motstand mottar utgangen. Den forspente spenningen er gitt av:
R 1 og R 2 verdiene er vanligvis høye i dette tilfellet for å øke forsterkerens inngangsimpedans og for å begrense ohmske effekttap.
Inngangs- og utgangsspenninger (Vin & Vout)
Vi antar at det ikke er noen last koblet parallelt med avløpsgrenen for å forenkle de matematiske uttrykkene. Kilde-portspenningen VGS, mottar inngangsspenningen (Vin) fra portterminalen (G). R S x jeg D skal gi spenningsfallet over den respektive R S motstand. Transkonduktans (f m ) er forholdet mellom avløpsstrøm (I D ) til portkildespenning (V GS ) etter at en konstant dren-kildespenning er påført:
Så jeg D = g m ×V GS & inngangsspenningen (V i ) kan beregnes fra V GS :
O/p-spenningen (V ute ) i kretsen ovenfor er:
Spenningsforsterkning
Spenningsforsterkningen (A I ) er forholdet mellom inngangs- og utgangsspenninger. Etter den reduksjonen vil ligningen bli:
Det faktum at MOSFET-forsterkeren utfører inversjon av o/p-signalet akkurat som BJT CE-forsterkeren. Symbolet '-' står for inversjon. Faseforskyvningen er altså 180° eller rad for utganger.
Klassifisering av MOSFET-forsterker
Det er tre forskjellige typer MOSFET-forsterkere: Common gate (CG), Common source (CS) og Common Drain (CD). Hver type og dens konfigurasjon er detaljert nedenfor.
Forsterkning ved bruk av Common Source MOSFET-er
I en vanlig kildeforsterker forsterkes o/p-spenningen, og den når over motstanden ved belastningen inne i dreneringsterminalen (D). I/p-signalet leveres ved både gate (G) og kilde (S) terminaler i dette tilfellet. Kildeterminalen tjener som en referanseterminal mellom i/p og o/p i dette arrangementet. På grunn av dens høye forsterkning og potensial for mer signalforsterkning, er dette spesielt foretrukket konfigurasjon enn BJT-er. Nedenfor er et diagram over en vanlig MOSFET-forsterkerkrets.
'RD'-motstanden er motstanden mellom avløp (D) og jord (G). Hybrid π-modellen, som er vist i neste figur, brukes til å representere denne småsignalkretsen. Fra denne modellen er produsert strøm representert med i = g m i gs . Derfor,
Verdiene til forskjellige parametere kan estimeres til å være Rin=∞, V Jeg =V dem selv og V gs =V Jeg
Dermed er spenningsforsterkningen for åpen krets:
En lineær krets som drives av en kilde kan byttes ut med dens Thevenin eller Nortons ekvivalent. Nortons ekvivalens kan brukes til å modifisere kretsens utgangsdel fra småsignalkretsen. Norton-ekvivalenten er mer praktisk i denne situasjonen. Med den antatte ekvivalensen vil spenningsforsterkningen G I kan endres som:
Common Source MOSFET-forsterkere har uendelig inngangs-/utgangsimpedans, høy av/på-motstand og høy spenningsforsterkning.
Common-Gate Amplifier (CG)
Common-gate (CG) forsterkere brukes ofte som strøm- eller spenningsforsterkere. Transistorens kildeterminal (S) fungerer som inngangen i CG-arrangementet, mens drainterminalen fungerer som utgang og gateterminalen er koblet til jord (G). Det samme portforsterkerarrangementet brukes ofte for å skape sterk isolasjon mellom inngang og utgang for å redusere inngangsimpedansen eller unngå oscillasjon. Common-gate-forsterkerekvivalentkretsens småsignal- og T-modeller er vist nedenfor. Portstrømmen i 'T'-modellen er alltid null.
Hvis 'Vgs' er påført spenning og strømmen ved kilden er representert med 'V gs x g m ', deretter:
Her har common gate-forsterkeren redusert inngangsmotstand representert som R i = 1/g m . Verdien av inngangsmotstanden er vanligvis noen få hundre ohm. O/p-spenningen er gitt som:
Hvor:
Derfor kan åpen kretsspenning representeres som:
Siden utgangsmotstanden til kretsen er R O = R D , lider forsterkerforsterkningen av den lave i/p-impedansen. Bruk derfor spenningsdelerens formel:
Fordi 'R dem selv ' er ofte større enn 1/g m , V Jeg ' er dempet i forhold til V dem selv . Den passende spenningsforsterkningen oppnås når en lastmotstand 'RL' er koblet til o/p,. Spenningsforsterkningen er dermed representert som:
Felles avløpsforsterker
En common-drain (CD) forsterker er en der kildeterminalen mottar utgangssignalet, og gateterminalen mottar inngangssignalet mens drain-terminalen (D) står åpen. Små o/p-belastninger drives ofte ved å bruke denne CD-forsterkeren som en spenningsbufferkrets. Denne konfigurasjonen tilbyr svært lav o/p-impedans og ekstremt høy i/p-impedans.
Den felles drain-forsterkerens ekvivalente krets for små signaler og T-modellen vises nedenfor. I/p-inngangskilden i denne kretsen kan identifiseres ved den ekvivalente spenningen til en motstand (R dem selv ) og en Thevenin (V dem selv ). En belastningsmotstand (RL) kobles til utgang mellom kilde (S) terminal og jord (G) terminal.
Siden I G er null, Rin = ∞ Spenningsdeleren for terminalspenning kan uttrykkes som:
Ved å bruke Thevenins ekvivalent, er total spenningsforsterkning funnet lik uttrykket ovenfor, som kan evalueres mens man vurderer R 0 =1/g m som:
Siden R O = 1/g m er generelt en ganske liten verdi fra stor belastningsmotstand 'RL', forsterkningen er mindre enn enhet i dette tilfellet.
Konklusjon
Forskjellen mellom en vanlig forsterker og en MOSFET-forsterker er at en vanlig forsterker bruker en elektronisk krets for å forsterke inngangssignalet for å produsere et utgangssignal med høy amplitude. MOSFET-forsterkere behandler digitale signaler med relativt lite strømforbruk sammenlignet med BJT-er.