MOSFET võimendi
MOSFET-võimendi põhineb metall-oksiid-pooljuhttehnoloogial. See on omamoodi isoleeritud väraval põhinev väljatransistor. Väljatransistorid tagavad madalama o/p impedantsi ja suurema i/p impedantsi, kui neid kasutatakse võimendusfunktsioonide jaoks.
Täiendus-MOSFET-võimendi vooluahel ja töö
MOSFET-võimendi vooluahel on toodud allpool. Selles vooluringis kasutatakse tähti 'G', 'S' ja 'D', et näidata paisu, allika ja äravoolu asukohta, samas kui äravoolu pinget, äravoolu voolu ja paisu allika pinget on tähistatud tähega V D , ma D ja V GS .
MOSFET-id töötavad sageli kolmes piirkonnas: lineaarne / oomiline, väljalülitus ja küllastus. Kui MOSFET-e kasutatakse võimenditena, toimivad need oomilises tsoonis ühes neist kolmest tööpiirkonnast, kus seadme üldine vooluvoog suureneb rakendatava pinge tõustes.
MOSFET-võimendis, sarnaselt JFET-iga, põhjustab väike paisupinge muutus selle äravooluvoolus oluliselt. Selle tulemusel toimib MOSFET võimendina, tugevdades väravaklemmide nõrka signaali.
MOSFET võimendi töökorras
MOSFET-võimendi ahel luuakse ülaltoodud lihtsamale vooluringile allika, äravoolu, koormustakisti ja ühenduskondensaatorite lisamisega. MOSFET-võimendi eelpingestusahel on toodud allpool:
Pingejagur on ülaltoodud eelpingeskeemi ehituskomponent ja selle põhiülesanne on kallutada transistori ühes suunas. Seetõttu on see eelpingestustehnika, mida transistorid kasutavad kõige sagedamini eelpingestatud ahelates. Pinge jagamise ja MOSFET-i õigel tasemel edastamise tagamiseks kasutatakse kahte takistit. Kaks paralleelset takistit, R 1 ja R 2 , kasutatakse eelpinge edastamiseks. Ülaltoodud ahela kallutatud alalispingejagur on varjestatud vahelduvvoolu signaali eest, mida C võimendab veelgi. 1 ja C 2 paar ühenduskondensaatorit. Koormus kui RL takisti saab väljundi. Eelpinge saadakse järgmiselt:
R 1 ja R 2 väärtused on sel juhul tavaliselt kõrged, et suurendada võimendi sisendtakistust ja piirata oomilisi võimsuskadusid.
Sisend- ja väljundpinged (Vin & Vout)
Eeldame, et äravooluharuga pole paralleelselt ühendatud koormust, et lihtsustada matemaatilisi avaldisi. Lähtevärava pinge VGS saab sisendpinge (Vin) paisu (G) klemmist. R S x I D peab tagama pingelanguse vastava R-i kohal S takisti. Transjuhtivus (g m ) on äravooluvoolu suhe ( I D ) paisuallika pingele ( V GS ) pärast pideva äravooluallika pinge rakendamist:
Seega ma D = g m ×V GS & sisendpinge (V sisse ) võib arvutada alates V GS :
O/p pinge (V välja ) ülaltoodud ahelas on:
Pinge võimendus
Pinge võimendus (A IN ) on sisend- ja väljundpinge suhe. Pärast seda vähendamist muutub võrrand:
Asjaolu, et MOSFET-võimendi teostab o/p-signaali ümberpööramist nagu BJT CE-võimendi. Sümbol '-' tähistab inversiooni. Faasinihe on seega väljundite puhul 180° või rad.
MOSFET-võimendi klassifikatsioon
MOSFET-võimendeid on kolme erinevat tüüpi: ühine värav (CG), ühine allikas (CS) ja ühine äravool (CD). Iga tüüp ja selle konfiguratsioon on üksikasjalikult kirjeldatud allpool.
Võimendamine ühise allika MOSFET-ide abil
Tavalises allikavõimendis o/p pinget võimendatakse ja see ulatub üle takisti koormuse juures äravoolu (D) klemmi sees. I/p signaal antakse sel juhul nii paisu (G) kui ka allika (S) klemmidele. Lähteterminal toimib selles paigutuses võrdlusklemmina i/p ja o/p vahel. Tänu oma suurele võimendusele ja potentsiaalile signaali suuremaks võimendamiseks on see BJT-de jaoks eriti eelistatud konfiguratsioon. Allpool on diagramm tavalise allika MOSFET-võimendi vooluringist.
'RD' takisti on takistus äravoolu (D) ja maanduse (G) vahel. Selle väikese signaali ahela kujutamiseks kasutatakse hübriidmudelit π, mis on näidatud järgmisel joonisel. Sellest mudelist toodetud voolu tähistab i = g m sisse gs . Seetõttu
Erinevate parameetrite väärtusteks saab hinnata Rin=∞, V i =V ise ja V gs =V i
Seega on avatud ahela pinge võimendus:
Allikast toidetava lineaarse vooluahela võib selle Thevenini või Nortoni ekvivalendi vastu välja vahetada. Nortoni samaväärsust saab kasutada väikese signaali vooluahela väljundi osa muutmiseks. Nortoni vaste on selles olukorras praktilisem. Eeldatava samaväärsuse korral on pinge võimendus G IN saab muuta järgmiselt:
Ühise allika MOSFET-võimenditel on lõpmatu sisend/väljundtakistus, suur sisse- ja väljalülitustakistus ja kõrge pingevõimendus.
Common-Gate Amplifier (CG)
Ühisvärava (CG) võimendeid kasutatakse sageli voolu- või pingevõimenditena. Transistori allika klemm (S) toimib CG paigutuse sisendina, tühjendusklemm on väljund ja värava klemm on ühendatud maandusega (G). Sama väravavõimendi paigutust kasutatakse sageli sisendi ja väljundi vahelise tugeva isolatsiooni loomiseks, et vähendada sisendtakistust või vältida võnkumisi. Ühisvärava võimendi ekvivalentahela väikese signaali ja T mudelid on näidatud allpool. T-mudeli väravavool on alati null.
Kui 'Vgs' rakendatakse pinget ja voolu allikas tähistatakse 'V gs x g m ', siis:
Siin on ühisel paisuvõimendil vähendatud sisendtakistus, mis on tähistatud kui R sisse = 1/g m . Sisendtakistuse väärtus on üldiselt mõnisada oomi. O/p pinge on antud järgmiselt:
Kus:
Seetõttu võib avatud vooluahela pinget esitada järgmiselt:
Kuna vooluahela väljundtakistus on R O = R D , kannatab võimendi võimendus madala i/p impedantsi tõttu. Seega, kasutades pingejaguri valemit:
Sest ‘R ise ' on sageli suurem kui 1/g m , 'V i ' on nõrgenenud võrreldes V-ga ise . Sobiv pingevõimendus saavutatakse, kui o/p-ga on ühendatud koormustakisti RL. Pinge võimendus on seega esitatud järgmiselt:
Ühise äravoolu võimendi
Ühise äravooluga (CD) võimendi on võimendi, mille lähteklemm võtab vastu väljundsignaali ja paisu klemm võtab vastu sisendsignaali, samal ajal kui äravoolu (D) klemm jäetakse avatuks. Selle CD-võimendi abil pingepuhverahelana juhitakse sageli väikeseid o/p koormusi. See konfiguratsioon pakub väga madalat o/p impedantsi ja ülikõrget i/p impedantsi.
Tavalise äravooluvõimendi samaväärne ahel väikeste signaalide ja T-mudeli jaoks kuvatakse allpool. I/p sisendallika selles vooluringis saab tuvastada takisti samaväärse pinge järgi (R ise ) ja Thevenin (V ise ). Koormustakisti (RL) ühendub väljundiga allika (S) ja maandusklemmi (G) vahel.
Alates I G on null, Rin = ∞ Klemmpinge pingejagurit saab väljendada järgmiselt:
Thevenini ekvivalenti kasutades leitakse, et üldine pinge võimendus on sarnane ülaltoodud avaldisega, mida saab hinnata, võttes arvesse R 0 = 1/g m nagu:
Kuna R O = 1/g m on üldiselt üsna väike väärtus suurelt koormustakistilt ‘RL’, võimendus on sel juhul väiksem kui ühtsus.
Järeldus
Tavalise võimendi ja MOSFET-võimendi erinevus seisneb selles, et tavaline võimendi kasutab sisendsignaali võimendamiseks elektroonilist vooluringi, et tekitada suure amplituudiga väljundsignaal. MOSFET-võimendid töötlevad digitaalseid signaale BJT-dega võrreldes suhteliselt väikese energiatarbimisega.