MOSFET pojačalo
MOSFET pojačalo temelji se na metal-oksid-poluvodičkoj tehnologiji. To je vrsta tranzistora s efektom polja temeljenog na izoliranim vratima. Tranzistori s efektom polja daju nižu o/p impedanciju i višu i/p impedanciju kada se koriste za funkcije pojačanja.
Strujni krug i rad MOSFET pojačala za poboljšanje
Krug za MOSFET pojačalo dan je u nastavku. Slova 'G', 'S' i 'D' koriste se u ovom krugu za označavanje položaja vrata, izvora i odvoda, dok su napon odvoda, struja odvoda i napon vrata-izvora predstavljeni s V D , ja D i V GS .
MOSFET-ovi često rade u tri područja, linearno/omsko, granično i zasićeno. Kada se MOSFET-ovi koriste kao pojačala, oni funkcioniraju u omskoj zoni jednog od ova tri radna područja, gdje ukupni protok struje uređaja raste kako primijenjeni napon raste.
U MOSFET pojačalu, sličnom JFET-u, mala promjena napona vrata će rezultirati značajnom promjenom njegove struje odvoda. Kao rezultat, MOSFET služi kao pojačalo jačanjem slabog signala na stezaljkama vrata.
Rad MOSFET pojačala
Krug MOSFET pojačala stvara se dodavanjem izvora, odvoda, otpornika opterećenja i spojnih kondenzatora jednostavnijem krugu prikazanom gore. Krug prednaprezanja MOSFET pojačala prikazan je u nastavku:
Razdjelnik napona je sastavni dio gornjeg sklopa za prednapon, a njegov primarni zadatak je prednapon tranzistora u jednom smjeru. Stoga je ovo tehnika prednapona koju tranzistori koriste u najčešće prednaponskim krugovima. Kako bi se osiguralo da se napon dijeli i isporučuje u MOSFET na odgovarajućim razinama, koriste se dva otpornika. Dva paralelna otpornika, R 1 i R 2 , koriste se za isporuku prednapona. Prednaponski razdjelnik istosmjernog napona u gornjem krugu zaštićen je od izmjeničnog signala koji će dodatno pojačati C 1 i C 2 par spojnih kondenzatora. Opterećenje kao RL otpornik prima izlaz. Prednapon je dan kao:
R 1 i R 2 vrijednosti su obično visoke u ovom slučaju kako bi se povećala ulazna impedancija pojačala i ograničili gubici ohmičke snage.
Ulazni i izlazni naponi (Vin & Vout)
Pretpostavljamo da nema opterećenja spojenog paralelno na odvodnu granu kako bismo pojednostavili matematičke izraze. Napon izvora i vrata VGS, prima ulazni napon (Vin) od terminala vrata (G). R S x ja D mora osigurati pad napona preko odgovarajućeg R S otpornik. Transkonduktivnost (g m ) je omjer struje odvoda (I D ) na napon vrata-izvora ( V GS ) nakon primjene konstantnog napona odvod-izvor:
Pa ja D = g m ×V GS & ulazni napon (V u ) može se izračunati iz V GS :
O/p napon (V van ) u gornjem krugu je:
Pojačanje napona
Pojačanje napona (A U ) je omjer ulaznog i izlaznog napona. Nakon te redukcije, jednadžba će postati:
Činjenica da MOSFET pojačalo izvodi inverziju o/p signala baš kao BJT CE pojačalo. Simbol “-“ označava inverziju. Fazni pomak je stoga 180° ili rad za izlaze.
Klasifikacija MOSFET pojačala
Postoje tri različite vrste MOSFET pojačala: zajednički izlaz (CG), zajednički izvor (CS) i zajednički odvod (CD). Svaki tip i njegova konfiguracija detaljno su navedeni u nastavku.
Pojačanje pomoću MOSFET-a zajedničkog izvora
U uobičajenom pojačalu izvora, o/p napon se pojačava i dopire preko otpornika na opterećenju unutar priključka odvoda (D). I/p signal se u ovom slučaju daje i na izlazu (G) i na izvoru (S). Izvorni terminal služi kao referentni terminal između i/p i o/p u ovom rasporedu. Zbog visokog pojačanja i potencijala za veće pojačanje signala, ovo je posebno poželjna konfiguracija u odnosu na BJT. Ispod je dijagram kruga MOSFET pojačala sa zajedničkim izvorom.
Otpornik 'RD' je otpor između odvoda (D) i mase (G). Hibridni π model, koji je prikazan na sljedećoj slici, koristi se za predstavljanje ovog kruga malog signala. Iz ovog modela proizvedena struja predstavljena je s i = g m u gs . Stoga,
Vrijednosti različitih parametara mogu se procijeniti na Rin=∞, V ja =V se i V gs =V ja
Dakle, dobitak napona otvorenog kruga je:
Linearni krug koji se napaja iz izvora može se zamijeniti njegovim Thevenin ili Nortonovim ekvivalentom. Nortonova ekvivalentnost može se koristiti za modificiranje izlaznog dijela sklopa iz kruga malog signala. Nortonov ekvivalent je praktičniji u ovoj situaciji. Uz pretpostavljenu ekvivalentnost, naponski dobitak G U može se modificirati kao:
Common Source MOSFET pojačala imaju beskonačnu ulazno/izlaznu impedanciju, visoku on/off otpornost i visoko naponsko pojačanje.
Pojačalo s zajedničkim vratima (CG)
Common-gate (CG) pojačala često se koriste kao strujna ili naponska pojačala. Terminal izvora tranzistora (S) funkcionira kao ulaz u CG rasporedu, dok terminal odvoda služi kao izlaz, a terminal vrata je povezan na masu (G). Isti raspored pojačala vrata često se koristi za stvaranje jake izolacije između ulaza i izlaza kako bi se smanjila ulazna impedancija ili izbjegle oscilacije. Dolje su prikazani modeli malog signala i T modela ekvivalentnog kruga pojačala sa zajedničkim vratima. Struja vrata u 'T' modelu uvijek je nula.
Ako je 'Vgs' primijenjeni napon, a struja na izvoru predstavljena je s 'V gs x g m ', zatim:
Ovdje pojačalo sa zajedničkim vratima ima smanjeni ulazni otpor predstavljen kao R u = 1/g m . Vrijednost ulaznog otpora općenito je nekoliko stotina ohma. O/p napon je dan kao:
Gdje:
Stoga se napon otvorenog kruga može prikazati kao:
Kako je izlazni otpor kruga R O = R D , pojačanje pojačala pati od niske i/p impedancije. Stoga, koristeći formulu djelitelja napona:
Jer 'R se ’ je često veća od 1/g m , V ja ’ oslabljen je u usporedbi s V se . Odgovarajuće pojačanje napona postiže se kada je otpornik opterećenja 'RL' spojen na o/p,. Dobitak napona je stoga predstavljen kao:
Pojačalo zajedničkog odvoda
Pojačalo sa zajedničkim odvodom (CD) je ono u kojem izvorni terminal prima izlazni signal, a izlazni terminal prima ulazni signal dok je odvodni (D) terminal ostavljen otvoren. Mala o/p opterećenja često se pokreću pomoću ovog CD pojačala kao kruga međuspremnika napona. Ova konfiguracija nudi vrlo nisku o/p impedanciju i izuzetno visoku i/p impedanciju.
Ekvivalentni krug pojačala sa zajedničkim odvodom za male signale i T model prikazan je ispod. I/p ulazni izvor u ovom krugu može se prepoznati po ekvivalentnom naponu otpornika (R se ) i Thevenin (V se ). Otpornik opterećenja (RL) povezuje se s izlazom između priključka izvora (S) i priključka uzemljenja (G).
Od I G je nula, Rin = ∞ Razdjelnik napona za napon na terminalu može se izraziti kao:
Korištenjem Theveninovog ekvivalenta, ukupni dobitak napona je sličan gornjem izrazu, koji se može procijeniti uzimajući u obzir R 0 =1/g m kao:
Budući da je R O = 1/g m je općenito prilično mala vrijednost od velikog otpornika opterećenja 'RL', dobitak je manji od jedinice u ovom slučaju.
Zaključak
Razlika između običnog pojačala i MOSFET pojačala je u tome što obično pojačalo koristi elektronički sklop za pojačavanje ulaznog signala kako bi proizvelo izlazni signal visoke amplitude. MOSFET pojačala obrađuju digitalne signale uz relativno malu potrošnju energije u usporedbi s BJT.