MOSFET усилвател
MOSFET усилвател е базиран на металооксидна полупроводникова технология. Това е един вид полеви транзистор, базиран на изолирана врата. Транзисторите с полеви ефекти осигуряват по-нисък o/p импеданс и по-висок i/p импеданс, когато се използват за функции на усилване.
Схема и работа на усилващия MOSFET усилвател
Схемата за MOSFET усилвател е дадена по-долу. Буквите 'G', 'S' и 'D' се използват в тази схема за обозначаване на позициите на портата, източника и дренажа, докато напрежението на дренажа, тока на дренажа и напрежението порта-източник са представени от V д , аз д , и В GS .
MOSFET често работят в три области, линейни/омични, прекъсване и насищане. Когато MOSFET се използват като усилватели, те функционират в омичната зона на една от тези три работни области, където общият токов поток на устройството се увеличава с повишаване на приложеното напрежение.
В MOSFET усилвател, подобен на JFET, малка промяна в напрежението на затвора ще доведе до значителна промяна в неговия дрейн ток. В резултат на това MOSFET служи като усилвател чрез укрепване на слаб сигнал на клемите на портата.
Работа на MOSFET усилвател
Веригата на MOSFET усилвател е създадена чрез добавяне на сорс, дрейн, товарен резистор и свързващи кондензатори към по-простата схема, показана по-горе. Веригата за отклонение на MOSFET усилвателя е предоставена по-долу:
Делителят на напрежението е градивният компонент на горната верига за отклонение и основната му задача е да наклони транзистора в една посока. Следователно, това е техниката на отклонение, която транзисторите използват в най-често предубедените вериги. За да се гарантира, че напрежението се разделя и доставя в MOSFET на правилните нива, се използват два резистора. Два паралелни резистора, R 1 и Р 2 , се използват за подаване на преднапрежения. Изместващият делител на постоянно напрежение в горната верига е екраниран от променливотоковия сигнал, който ще бъде усилен допълнително от C 1 и С 2 чифт свързващи кондензатори. Товарът като RL резистор получава изхода. Предубеденото напрежение се дава от:
Р 1 и Р 2 стойностите обикновено са високи в този случай, за да се увеличи входният импеданс на усилвателя и да се ограничат омичните загуби на мощност.
Входно и изходно напрежение (Vin & Vout)
Предполагаме, че няма товар, свързан успоредно на дренажния клон, за да опростим математическите изрази. Напрежението източник - врата VGS, получава входното напрежение (Vin) от клемата на вратата (G). Р С x аз д трябва да осигури спад на напрежението през съответния R С резистор. Проводимост (ж м ) е съотношението на тока на изтичане (I д ) към напрежение порта-източник ( V GS ) след прилагане на постоянно напрежение дрейн-източник:
И аз д = ж м ×V GS & входното напрежение (V в ) може да се изчисли от V GS :
O/p напрежението (V навън ) в горната схема е:
Усилване на напрежението
Усилването на напрежението (A IN ) е съотношението на входното и изходното напрежение. След това намаление уравнението ще стане:
Фактът, че MOSFET усилвателят извършва инверсия на o/p сигнала точно като BJT CE усилвателя. Символът „-“ означава инверсия. Следователно фазовото изместване е 180° или rad за изходите.
Класификация на MOSFET усилвател
Има три различни вида MOSFET усилватели: общ порт (CG), общ източник (CS) и общ дрейн (CD). Всеки тип и неговата конфигурация са описани подробно по-долу.
Усилване с помощта на MOSFET с общ източник
В усилвател с общ източник, o/p напрежението се усилва и достига през резистора при товара вътре в дренажния извод (D). В този случай i/p сигналът се предоставя както на портата (G), така и на източника (S). Изходният терминал служи като референтен терминал между i/p и o/p в тази подредба. Поради високото си усилване и потенциала за повече усилване на сигнала, това е особено предпочитана конфигурация от BJT. По-долу е дадена схема на MOSFET усилвател с общ източник.
Резисторът “RD” е съпротивлението между дренажа (D) и земята (G). Хибридният π модел, който е показан на следващата фигура, се използва за представяне на тази верига с малък сигнал. От този модел произведеният ток е представен с i = g м в gs . Следователно,
Стойностите на различните параметри могат да бъдат оценени като Rin=∞, V i =V себе си и В gs =V i
По този начин усилването на напрежението при отворена верига е:
Линейна верига, захранвана от източник, може да бъде заменена с нейния еквивалент на Thevenin или Norton. Еквивалентността на Norton може да се използва за модифициране на изходната част на веригата от веригата за малък сигнал. Еквивалентът на Norton е по-практичен в тази ситуация. С приетата еквивалентност, усилването на напрежението G IN може да се модифицира като:
MOSFET усилвателите с общ източник имат безкраен входно/изходен импеданс, високо съпротивление при включване/изключване и високо напрежение.
Усилвател с общ порт (CG)
Усилвателите с общ порт (CG) често се използват като усилватели на ток или напрежение. Изходният извод на транзистора (S) функционира като вход в CG подредбата, докато източващият извод служи като изход, а изходният извод е свързан към земята (G). Същата подредба на усилвател на портата често се използва за създаване на силна изолация между входа и изхода, за да се намали входният импеданс или да се избегнат колебания. Моделите с малък сигнал и T на еквивалентната схема на усилвателя с общ порт са показани по-долу. Токът на затвора в модела 'T' винаги е нула.
Ако „Vgs“ е приложено напрежение и токът при източника е представен с „V gs x g м ', тогава:
Тук общият гейт усилвател има намалено входно съпротивление, представено като R в = 1/g м . Стойността на входното съпротивление обикновено е няколкостотин ома. O/p напрежението се дава като:
Където:
Следователно напрежението на отворена верига може да бъде представено като:
Тъй като изходното съпротивление на веригата е R О = R д , усилването на усилвателя страда от ниския i/p импеданс. Следователно, използвайки формулата на делителя на напрежението:
Защото „Р себе си “ често е по-голямо от 1/g м , „V i ’ е отслабено в сравнение с V себе си . Подходящото усилване на напрежението се постига, когато товарният резистор „RL“ е свързан към o/p. Така усилването на напрежението се представя като:
Общ дрейн усилвател
Усилвател с общ дрейн (CD) е този, при който терминалът източник получава изходния сигнал, а терминалът на гейта получава входния сигнал, докато клемата дрейн (D) е оставена отворена. Малки o/p товари често се управляват с помощта на този CD усилвател като верига на буфер на напрежение. Тази конфигурация предлага много нисък o/p импеданс и изключително висок i/p импеданс.
Еквивалентната схема на усилвателя с общ дрейн за малки сигнали и Т модела е показана по-долу. I/p входният източник в тази верига може да бъде идентифициран чрез еквивалентното напрежение на резистор (R себе си ) и Тевенен (V себе си ). Резистор за натоварване (RL) се свързва с изхода между извода на източника (S) и извода за заземяване (G).
От I Ж е нула, Rin = ∞ Делителят на напрежението за клемното напрежение може да се изрази като:
Чрез използване на еквивалента на Thevenin общото усилване на напрежението се установява подобно на горния израз, което може да бъде оценено, като се вземе предвид R 0 =1/g м като:
Тъй като Р О = 1/g м обикновено е доста малка стойност от резистора с голям товар „RL“, печалбата е по-малка от единица в този случай.
Заключение
Разликата между обикновен усилвател и MOSFET усилвател е, че обикновеният усилвател използва електронна схема за усилване на входния сигнал, за да произведе изходен сигнал с висока амплитуда. MOSFET усилвателите обработват цифрови сигнали със сравнително малка консумация на енергия в сравнение с BJT.