Com construir un circuit amplificador MOSFET mitjançant un MOSFET de millora

Com Construir Un Circuit Amplificador Mosfet Mitjancant Un Mosfet De Millora



Un amplificador proporciona l'amplificació de la magnitud del senyal d'entrada a la sortida. L'amplificador MOSFET pot proporcionar amplificació amb un consum d'energia menor. Els amplificadors MOSFET s'utilitzen ara en el 99% dels dissenys de microxips a tot el món. Aquest article descriu els amplificadors MOSFET en detall.

Amplificador MOSFET

Un amplificador MOSFET es basa en la tecnologia Metal-Oxide-Semiconductor. És una mena de transistor d'efecte de camp basat en porta aïllada. Els transistors d'efecte de camp proporcionen una impedància o/p més baixa i una impedància i/p més alta quan s'utilitzen per a funcions d'amplificació.

Circuit i funcionament de l'amplificador MOSFET de millora

A continuació es mostra el circuit per a un amplificador MOSFET. Les lletres 'G', 'S' i 'D' s'utilitzen en aquest circuit per indicar les posicions de la porta, la font i el drenatge mentre que la tensió de drenatge, el corrent de drenatge i la tensió de la font de la porta s'han representat per V. D , jo D , i V GS .







Els MOSFET sovint operen en tres regions, lineal/òhmica, tall i saturació. Quan els MOSFET s'utilitzen com a amplificadors, funcionen a la zona òhmica d'una d'aquestes tres regions de funcionament, on el flux de corrent global del dispositiu augmenta a mesura que augmenta la tensió aplicada.



  Un esquema d'un circuit
Descripció generada automàticament



A l'amplificador MOSFET, similar a un JFET, un petit canvi en la tensió de la porta provocarà un canvi significatiu en el seu corrent de drenatge. Com a resultat, MOSFET serveix com a amplificador reforçant un senyal feble als terminals de la porta.





Funcionament de l'amplificador MOSFET

El circuit amplificador MOSFET es crea afegint una font, drenatge, resistència de càrrega i condensadors d'acoblament al circuit més senzill que es mostra a dalt. El circuit de polarització de l'amplificador MOSFET es proporciona a continuació:

  Un esquema d'un circuit
Descripció generada automàticament



Un divisor de tensió és el component de construcció del circuit de polarització anterior i la seva funció principal és polaritzar un transistor en una direcció. Per tant, aquesta és la tècnica de polarització que utilitzen els transistors en els circuits polaritzats més comunament. Per garantir que la tensió es divideix i es lliura al MOSFET als nivells adequats, s'utilitzen dues resistències. Dues resistències paral·leles, R 1 i R 2 , s'utilitzen per lliurar les tensions de polarització. El divisor de tensió de CC de polarització del circuit anterior està protegit del senyal de CA que serà amplificat encara més pel C. 1 i C 2 parell de condensadors d'acoblament. La càrrega com a resistència RL rep la sortida. La tensió polaritzada ve donada per:

R 1 i R 2 els valors solen ser alts en aquest cas per augmentar la impedància d'entrada de l'amplificador i per limitar les pèrdues de potència ohmica.

Tensió d'entrada i sortida (Vin i Vout)

Suposem que no hi ha cap càrrega connectada en paral·lel a la branca de drenatge per tal de simplificar les expressions matemàtiques. La tensió font-porta VGS, rep la tensió d'entrada (Vin) del terminal de porta (G). R S x jo D proporcionarà la caiguda de tensió a la R respectiva S resistència. Transconductància (p m ) és la relació del corrent de drenatge ( I D ) a la tensió de la porta de la font (V GS ) després que s'hagi aplicat una tensió de drenatge constant:

Així doncs, jo D = g m ×V GS i la tensió d'entrada (V en ) es pot calcular a partir de V GS :

La tensió o/p (V fora ) al circuit anterior és:

Guany de tensió

El guany de tensió (A EN ) és la relació entre les tensions d'entrada i de sortida. Després d'aquesta reducció, l'equació es convertirà en:

El fet que l'amplificador MOSFET realitzi la inversió del senyal o/p igual que l'amplificador BJT CE. El símbol '-' té en compte la inversió. Per tant, el canvi de fase és de 180° o rad per a les sortides.

Classificació de l'amplificador MOSFET

Hi ha tres tipus diferents d'amplificadors MOSFET: porta comuna (CG), font comuna (CS) i drenatge comú (CD). Cada tipus i la seva configuració es detallen a continuació.

Amplificació utilitzant MOSFET de font comuna

En un amplificador de font comú, la tensió o/p s'amplifica i arriba a través de la resistència a la càrrega dins del terminal de drenatge (D). El senyal i/p es proporciona tant als terminals de la porta (G) com de la font (S) en aquest cas. El terminal font serveix com a terminal de referència entre i/p i o/p en aquesta disposició. A causa del seu alt guany i potencial per a més amplificació del senyal, aquesta és una configuració especialment preferible que els BJT. A continuació es mostra un diagrama del circuit d'un amplificador MOSFET de font comuna.

  Un esquema de circuits elèctrics
Descripció generada automàticament

La resistència 'RD' és la resistència entre el drenatge (D) i la terra (G). El model híbrid π, que es mostra a la figura següent, s'utilitza per representar aquest circuit de petit senyal. A partir d'aquest model, el corrent produït es representa amb i = g m en gs . Per tant,

Es pot estimar que els valors de diferents paràmetres són Rin=∞, V i =V ells mateixos i V gs =V i

Així, el guany de tensió en circuit obert és:

Un circuit lineal alimentat per una font es pot canviar pel seu equivalent Thevenin o Norton. L'equivalència de Norton es pot utilitzar per modificar la part de sortida del circuit del circuit de senyal petit. L'equivalent de Norton és més pràctic en aquesta situació. Amb l'equivalència suposada, el guany de tensió G EN es pot modificar com:

Els amplificadors MOSFET de font comuna tenen una impedància d'entrada/sortida infinita, una gran resistència a l'encesa/apagada i un guany d'alta tensió.

Amplificador de porta comuna (CG)

Els amplificadors de porta comuna (CG) s'utilitzen sovint com a amplificadors de corrent o tensió. El terminal font (S) del transistor funciona com a entrada en la disposició CG, mentre que el terminal de drenatge serveix com a sortida i el terminal de porta està connectat a terra (G). La mateixa disposició de l'amplificador de porta s'utilitza sovint per crear un fort aïllament entre l'entrada i la sortida per reduir la impedància d'entrada o evitar l'oscil·lació. A continuació es mostren els models de senyal petit i T del circuit equivalent de l'amplificador de porta comuna. El corrent de la porta en el model 'T' sempre és zero.

  Un esquema d'un circuit
Descripció generada automàticament

Si, 'Vgs' s'aplica tensió i el corrent a la font es representa per 'V gs x g m ’, aleshores:

Aquí, l'amplificador de porta comuna té una resistència d'entrada reduïda representada com a R en = 1/g m . El valor de la resistència d'entrada és generalment d'uns pocs centenars d'ohms. La tensió o/p es dóna com:

On:

Per tant, la tensió de circuit obert es pot representar com:

Com que la resistència de sortida del circuit és R O = R D , el guany de l'amplificador pateix la baixa impedància i/p. Per tant, utilitzant la fórmula del divisor de tensió:

Perquè ‘R ells mateixos ’ sovint és superior a 1/g m , La v i ’ s’atenua en comparació amb V ells mateixos . El guany de tensió adequat s'aconsegueix quan es connecta una resistència de càrrega 'RL' a l'o/p,. Així, el guany de tensió es representa com:

Amplificador de drenatge comú

Un amplificador de drenatge comú (CD) és aquell en què el terminal font rep el senyal de sortida i el terminal de la porta rep el senyal d'entrada mentre el terminal de drenatge (D) es deixa obert. Les càrregues d'o/p petites es condueixen amb freqüència utilitzant aquest amplificador de CD com a circuit d'amortiment de tensió. Aquesta configuració ofereix una impedància o/p molt baixa i una impedància i/p extremadament alta.

A continuació es mostra el circuit equivalent de l'amplificador de drenatge comú per a senyals petits i el model T. La font d'entrada i/p en aquest circuit es pot identificar per la tensió equivalent d'una resistència (R ells mateixos ) i un Thevenin (V ells mateixos ). Una resistència de càrrega (RL) es connecta amb la sortida entre el terminal de font (S) i el terminal de terra (G).

  Un esquema d'un circuit
Descripció generada automàticament

Des de la I G és zero, Rin = ∞ El divisor de tensió per a la tensió terminal es pot expressar com:

Utilitzant l'equivalent de Thevenin, el guany de tensió global es troba similar a l'expressió anterior, que es pot avaluar tenint en compte R 0 =1/g m com:

Des de R O = 1/g m generalment és un valor força petit de la resistència de càrrega gran 'RL', el guany és més petit que la unitat en aquest cas.

Conclusió

La diferència entre un amplificador normal i un amplificador MOSFET és que un amplificador normal utilitza un circuit electrònic per amplificar el senyal d'entrada per produir un senyal de sortida amb una gran amplitud. Els amplificadors MOSFET processen senyals digitals amb un consum d'energia relativament petit en comparació amb els BJT.