MOSFET pastiprinātājs
MOSFET pastiprinātājs ir balstīts uz metāla oksīda pusvadītāju tehnoloģiju. Tas ir sava veida lauka efekta tranzistors, kura pamatā ir izolēti vārti. Lauka efekta tranzistori nodrošina zemāku o/p pretestību un augstāku i/p pretestību, ja tos izmanto pastiprināšanas funkcijām.
Papildinājuma MOSFET pastiprinātāja shēma un darbība
MOSFET pastiprinātāja shēma ir norādīta zemāk. Burti “G”, “S” un “D” šajā shēmā tiek izmantoti, lai norādītu aizbīdņa, avota un notekas pozīcijas, kamēr drenāžas spriegums, drenāžas strāva un aizbīdņa avota spriegums ir apzīmēti ar V. D , es D , un V GS .
MOSFET bieži darbojas trīs reģionos: lineāra/omi, nogriešana un piesātinājums. Ja MOSFET izmanto kā pastiprinātājus, tie darbojas omu zonā vienā no šiem trim darbības reģioniem, kur ierīces kopējā strāvas plūsma palielinās, pieaugot pielietotajam spriegumam.
MOSFET pastiprinātājā, līdzīgi kā JFET, nelielas vārtu sprieguma izmaiņas radīs ievērojamas izmaiņas tā iztukšošanas strāvā. Rezultātā MOSFET kalpo kā pastiprinātājs, pastiprinot vāju signālu pie vārtiem.
MOSFET pastiprinātāja darbība
MOSFET pastiprinātāja ķēde tiek izveidota, pievienojot avotu, noteci, slodzes rezistoru un savienojuma kondensatorus vienkāršākai shēmai, kas parādīta iepriekš. MOSFET pastiprinātāja nobīdes shēma ir sniegta zemāk:
Sprieguma dalītājs ir iepriekš minētās nobīdes shēmas sastāvdaļa, un tā galvenais uzdevums ir novirzīt tranzistoru vienā virzienā. Tāpēc šī ir nobīdes metode, ko tranzistori izmanto visbiežāk novirzītajās shēmās. Lai nodrošinātu, ka spriegums tiek sadalīts un piegādāts MOSFET atbilstošā līmenī, tiek izmantoti divi rezistori. Divi paralēli rezistori, R 1 un R 2 , tiek izmantoti, lai nodrošinātu nobīdes spriegumu. Nobīdes līdzstrāvas sprieguma dalītājs iepriekš minētajā ķēdē ir ekranēts no maiņstrāvas signāla, ko vēl vairāk pastiprinās C 1 un C 2 savienojuma kondensatoru pāris. Slodze kā RL rezistors saņem izvadi. Nobīdīto spriegumu nosaka:
R 1 un R 2 Šajā gadījumā vērtības parasti ir augstas, lai palielinātu pastiprinātāja ieejas pretestību un ierobežotu omu jaudas zudumus.
Ieejas un izejas spriegumi (Vin & Vout)
Lai vienkāršotu matemātiskos izteiksmes, mēs pieņemam, ka drenāžas atzaram paralēli nav pievienota slodze. Avota - vārtu spriegums VGS, saņem ieejas spriegumu (Vin) no vārtu (G) spailes. R S x I D nodrošina sprieguma kritumu attiecīgajā R S rezistors. Transvadītspēja (g m ) ir drenāžas strāvas attiecība ( I D ) uz vārtu avota spriegumu ( V GS ) pēc tam, kad ir pielikts pastāvīgs drenāžas avota spriegums:
Tāpēc es D = g m ×V GS & ieejas spriegums (V iekšā ) var aprēķināt no V GS :
O/p spriegums (V ārā ) iepriekš minētajā shēmā ir:
Sprieguma pieaugums
Sprieguma pieaugums (A IN ) ir ieejas un izejas spriegumu attiecība. Pēc šī samazinājuma vienādojums kļūs:
Fakts, ka MOSFET pastiprinātājs veic o/p signāla inversiju tāpat kā BJT CE pastiprinātājs. Simbols '-' norāda uz inversiju. Tādējādi fāzes nobīde izejām ir 180° vai rad.
MOSFET pastiprinātāja klasifikācija
Ir trīs dažādi MOSFET pastiprinātāju veidi: kopējā vārti (CG), kopējā avota (CS) un kopējā aizplūšana (CD). Katrs veids un tā konfigurācija ir detalizēti aprakstīta zemāk.
Pastiprināšana, izmantojot kopēja avota MOSFET
Kopējā avota pastiprinātājā o/p spriegums tiek pastiprināts, un tas sasniedz pāri rezistoram pie slodzes drenāžas (D) spailē. Šajā gadījumā i/p signāls tiek nodrošināts gan vārtu (G), gan avota (S) spailēs. Avota terminālis šajā izkārtojumā kalpo kā atsauces spaile starp i/p un o/p. Pateicoties lielajam pastiprinājumam un lielākam signāla pastiprināšanas potenciālam, šī ir īpaši ieteicama BJT konfigurācija. Zemāk ir redzama kopējā avota MOSFET pastiprinātāja shēmas shēma.
“RD” rezistors ir pretestība starp noteci (D) un zemi (G). Hibrīda π modelis, kas parādīts nākamajā attēlā, tiek izmantots, lai attēlotu šo mazo signālu ķēdi. No šī modeļa saražotā strāva ir attēlota ar i = g m iekšā gs . Tāpēc
Dažādu parametru vērtības var novērtēt kā Rin=∞, V i =V paši un V gs =V i
Tādējādi atvērtās ķēdes sprieguma pieaugums ir:
Lineāro ķēdi, ko darbina avots, var nomainīt pret Thevenin vai Norton ekvivalentu. Nortona ekvivalenci var izmantot, lai modificētu ķēdes izejas daļu no maza signāla ķēdes. Norton ekvivalents šajā situācijā ir praktiskāks. Ar pieņemto ekvivalenci sprieguma pieaugums G IN var modificēt kā:
Kopējā avota MOSFET pastiprinātājiem ir bezgalīga ieejas/izejas pretestība, augsta ieslēgšanas/izslēgšanas pretestība un augsts sprieguma pastiprinājums.
Common-Gate Amplifier (CG)
Common-gate (CG) pastiprinātājus bieži izmanto kā strāvas vai sprieguma pastiprinātājus. Tranzistora avota spaile (S) darbojas kā ieeja CG izkārtojumā, savukārt iztukšošanas spaile kalpo kā izeja, un vārtu spaile ir saistīta ar zemējumu (G). To pašu vārtu pastiprinātāja izkārtojumu bieži izmanto, lai izveidotu spēcīgu izolāciju starp ieeju un izeju, lai samazinātu ieejas pretestību vai izvairītos no svārstībām. Kopējo vārtu pastiprinātāja ekvivalentās shēmas mazā signāla un T modeļi ir parādīti zemāk. Vārtu strāva “T” modelī vienmēr ir nulle.
Ja “Vgs” tiek pielietots spriegums un strāva avotā tiek attēlota ar “V gs x g m ', tad:
Šeit kopējam vārtu pastiprinātājam ir samazināta ieejas pretestība, kas attēlota kā R iekšā = 1/g m . Ievades pretestības vērtība parasti ir daži simti omu. O/p spriegums ir norādīts šādi:
Kur:
Tāpēc atvērtās ķēdes spriegumu var attēlot kā:
Tā kā ķēdes izejas pretestība ir R O = R D , pastiprinātāja pastiprinājums cieš no zemas i/p pretestības. Tāpēc, izmantojot sprieguma dalītāja formulu:
Tā kā 'R paši Bieži vien ir lielāks par 1/g m , “V i ' ir vājināts, salīdzinot ar V paši . Atbilstošs sprieguma pieaugums tiek sasniegts, ja slodzes rezistors “RL” ir pievienots o/p,. Tādējādi sprieguma pieaugums tiek attēlots šādi:
Kopējais aizplūšanas pastiprinātājs
Kopējās aizplūšanas (CD) pastiprinātājs ir tāds, kurā avota spaile saņem izejas signālu, bet vārtu spaile saņem ieejas signālu, kamēr iztukšošanas (D) spaile ir atstāta atvērta. Nelielas o/p slodzes bieži tiek vadītas, izmantojot šo CD pastiprinātāju kā sprieguma bufera ķēdi. Šī konfigurācija piedāvā ļoti zemu o/p pretestību un ārkārtīgi augstu i/p pretestību.
Kopējā drenāžas pastiprinātāja ekvivalentā shēma maziem signāliem un T modelim ir parādīta zemāk. I/p ievades avotu šajā shēmā var identificēt pēc līdzvērtīga rezistora sprieguma (R paši ) un Thevenin (V paši ). Slodzes rezistors (RL) ir savienots ar izeju starp avota (S) spaili un zemējuma (G) spaili.
Kopš I G ir nulle, Rin = ∞ Sprieguma dalītāju spaiļu spriegumam var izteikt šādi:
Izmantojot Thevenin ekvivalentu, kopējais sprieguma pieaugums tiek atrasts līdzīgs iepriekšminētajai izteiksmei, ko var novērtēt, ņemot vērā R 0 =1/g m kā:
Kopš R O = 1/g m parasti ir diezgan maza vērtība no liela slodzes rezistora “RL”, pastiprinājums šajā gadījumā ir mazāks par vienotību.
Secinājums
Atšķirība starp parasto pastiprinātāju un MOSFET pastiprinātāju ir tāda, ka parastais pastiprinātājs izmanto elektronisku shēmu, lai pastiprinātu ieejas signālu, lai radītu izejas signālu ar lielu amplitūdu. MOSFET pastiprinātāji apstrādā digitālos signālus ar salīdzinoši mazu enerģijas patēriņu, salīdzinot ar BJT.