MOSFET stiprintuvas
MOSFET stiprintuvas yra pagrįstas metalo oksido-puslaidininkio technologija. Tai savotiškas lauko efekto tranzistorius su izoliuotais vartais. Lauko efekto tranzistoriai užtikrina mažesnę o/p varžą ir didesnę i/p varžą, kai jie naudojami stiprinimo funkcijoms.
Patobulinto MOSFET stiprintuvo grandinė ir veikimas
Žemiau pateikta MOSFET stiprintuvo grandinė. Raidės „G“, „S“ ir „D“ šioje grandinėje naudojamos vartų, šaltinio ir išleidimo padėčiai nurodyti, o išleidimo įtampa, išleidimo srovė ir vartų šaltinio įtampa žymima V. D , aš D , ir V GS .
MOSFET dažnai veikia trijuose regionuose: tiesiniame / ominiame, atjungimo ir prisotinimo. Kai MOSFET naudojami kaip stiprintuvai, jie veikia ominėje zonoje viename iš šių trijų veikimo regionų, kur bendras įrenginio srovės srautas didėja didėjant taikomajai įtampai.
MOSFET stiprintuve, panašiai kaip JFET, šiek tiek pasikeitus vartų įtampai, reikšmingai pasikeis jo nutekėjimo srovė. Dėl to MOSFET tarnauja kaip stiprintuvas, stiprindamas silpną signalą vartų gnybtuose.
MOSFET stiprintuvo veikimas
MOSFET stiprintuvo grandinė sukuriama pridedant šaltinį, nutekėjimą, apkrovos rezistorių ir jungiamuosius kondensatorius prie paprastesnės grandinės, parodytos aukščiau. MOSFET stiprintuvo poslinkio grandinė pateikta žemiau:
Įtampos daliklis yra pirmiau nurodytos poslinkio grandinės sudedamoji dalis, o pagrindinė jo užduotis yra pakreipti tranzistorių viena kryptimi. Todėl tai yra šališkumo metodas, kurį tranzistoriai naudoja dažniausiai pakreiptose grandinėse. Siekiant užtikrinti, kad įtampa būtų padalinta ir tiekiama į MOSFET tinkamu lygiu, naudojami du rezistoriai. Du lygiagrečiai rezistoriai, R 1 ir R 2 , naudojami poslinkio įtampai tiekti. Aukščiau pateiktoje grandinėje esantis poslinkis nuolatinės srovės įtampos daliklis yra ekranuotas nuo kintamosios srovės signalo, kurį toliau sustiprins C 1 ir C 2 jungiamųjų kondensatorių pora. Apkrova kaip RL rezistorius gauna išvestį. Poslinkio įtampa apskaičiuojama taip:
R 1 ir R 2 Šiuo atveju vertės paprastai yra didelės, kad padidintų stiprintuvo įėjimo varžą ir apribotų ominius galios nuostolius.
Įvesties ir išvesties įtampos (Vin ir Vout)
Darome prielaidą, kad su nutekėjimo šaka lygiagrečiai nėra prijungtos apkrovos, kad būtų supaprastintos matematinės išraiškos. Šaltinio vartų įtampa VGS gauna įėjimo įtampą (Vin) iš vartų (G) gnybto. R S x I D turi užtikrinti įtampos kritimą per atitinkamą R S rezistorius. Translaidumas (g m ) yra nutekėjimo srovės santykis (I D ) prie vartų šaltinio įtampos ( V GS ) po to, kai buvo įjungta nuolatinė nutekėjimo šaltinio įtampa:
Taigi, aš D = g m ×V GS & įėjimo įtampa (V in ) gali būti skaičiuojamas nuo V GS :
O/p įtampa (V išeiti ) aukščiau pateiktoje grandinėje yra:
Įtampos padidėjimas
Įtampos padidėjimas (A IN ) yra įėjimo ir išėjimo įtampų santykis. Po šio sumažinimo lygtis taps tokia:
Faktas, kad MOSFET stiprintuvas atlieka o/p signalo inversiją kaip ir BJT CE stiprintuvas. Simbolis „-“ reiškia inversiją. Taigi išėjimų fazės poslinkis yra 180° arba rad.
MOSFET stiprintuvo klasifikacija
Yra trys skirtingi MOSFET stiprintuvų tipai: bendrieji vartai (CG), bendrojo šaltinio (CS) ir bendrojo nutekėjimo (CD). Kiekvienas tipas ir jo konfigūracija yra išsamiai aprašyti toliau.
Stiprinimas naudojant bendrojo šaltinio MOSFET
Įprastame šaltinio stiprintuve o/p įtampa sustiprinama ir ji pasiekia rezistorių esant apkrovai išleidimo (D) gnybte. Šiuo atveju i/p signalas tiekiamas tiek vartų (G), tiek šaltinio (S) gnybtuose. Šiuo atveju šaltinio terminalas yra atskaitos gnybtas tarp i/p ir o/p. Dėl didelio stiprinimo ir didesnio signalo stiprinimo galimybių tai yra ypač pageidautina BJT konfigūracija. Žemiau yra bendrojo šaltinio MOSFET stiprintuvo grandinės schema.
„RD“ rezistorius yra varža tarp drenažo (D) ir žemės (G). Hibridinis π modelis, kuris parodytas kitame paveikslėlyje, naudojamas šiai mažo signalo grandinei pavaizduoti. Pagal šį modelį pagaminta srovė pavaizduota i = g m in gs . Todėl,
Skirtingų parametrų reikšmės gali būti įvertintos kaip Rin=∞, V i =V patys ir V gs =V i
Taigi atvirosios grandinės įtampos padidėjimas yra:
Linijinė grandinė, maitinama iš šaltinio, gali būti pakeista į Thevenin arba Norton ekvivalentą. Nortono lygiavertiškumas gali būti naudojamas modifikuoti grandinės išvesties dalį iš mažo signalo grandinės. Norton atitikmuo šioje situacijoje yra praktiškesnis. Esant numanomam ekvivalentiškumui, įtampos padidėjimas G IN galima keisti kaip:
Bendrojo šaltinio MOSFET stiprintuvai turi begalinę įvesties / išvesties varžą, didelę įjungimo / išjungimo varžą ir didelį įtampos padidėjimą.
Bendrųjų vartų stiprintuvas (CG)
Bendrųjų vartų (CG) stiprintuvai dažnai naudojami kaip srovės arba įtampos stiprintuvai. Tranzistoriaus šaltinio gnybtas (S) veikia kaip CG išdėstymo įvestis, o išleidimo gnybtas yra išėjimas, o vartų gnybtas yra susietas su žeme (G). Tas pats vartų stiprintuvo išdėstymas dažnai naudojamas norint sukurti stiprią įvesties ir išvesties izoliaciją, kad būtų sumažinta įėjimo varža arba išvengta virpesių. Žemiau pateikti bendrųjų vartų stiprintuvo ekvivalentinės grandinės mažo signalo ir T modeliai. Vartų srovė „T“ modelyje visada yra lygi nuliui.
Jei „Vgs“ yra taikoma įtampa, o srovė šaltinyje reiškia „V gs x g m “, tada:
Čia bendras vartų stiprintuvas sumažino įėjimo varžą, pavaizduotą kaip R in = 1/g m . Įvesties varžos vertė paprastai yra keli šimtai omų. O/p įtampa pateikiama taip:
Kur:
Todėl atvirosios grandinės įtampa gali būti pavaizduota taip:
Kadangi grandinės išėjimo varža yra R O = R D , stiprintuvo stiprinimas kenčia nuo mažos i/p varžos. Taigi, naudojant įtampos daliklio formulę:
Kadangi „R patys “ dažnai yra didesnis nei 1/g m , „V i “ yra susilpnėjęs, palyginti su V patys . Tinkamas įtampos padidėjimas pasiekiamas, kai apkrovos rezistorius „RL“ yra prijungtas prie o / p,. Taigi įtampos padidėjimas parodomas taip:
Bendras nutekėjimo stiprintuvas
Bendrojo nutekėjimo (CD) stiprintuvas yra toks, kurio šaltinio gnybtas gauna išvesties signalą, o vartų gnybtas – įvesties signalą, o išleidimo (D) gnybtas paliekamas atviras. Mažos o/p apkrovos dažnai valdomos naudojant šį CD stiprintuvą kaip įtampos buferio grandinę. Ši konfigūracija siūlo labai mažą o/p varžą ir itin didelę i/p varžą.
Žemiau rodoma bendra nutekėjimo stiprintuvo lygiavertė grandinė mažiems signalams ir T modeliui. I/p įvesties šaltinis šioje grandinėje gali būti identifikuojamas pagal lygiavertę rezistoriaus įtampą (R patys ) ir Thevenin (V patys ). Apkrovos rezistorius (RL) jungiasi su išėjimu tarp šaltinio (S) gnybto ir įžeminimo (G) gnybto.
Nuo I G yra nulis, Rin = ∞ Gnybtų įtampos daliklis gali būti išreikštas taip:
Naudojant Thevenin ekvivalentą, bendras įtampos padidėjimas yra panašus į aukščiau pateiktą išraišką, kurią galima įvertinti atsižvelgiant į R 0 =1/g m kaip:
Kadangi R O = 1/g m paprastai yra gana maža didelės apkrovos rezistoriaus „RL“ vertė, šiuo atveju stiprinimas yra mažesnis nei vienetas.
Išvada
Skirtumas tarp įprasto stiprintuvo ir MOSFET stiprintuvo yra tas, kad įprastas stiprintuvas naudoja elektroninę grandinę, kad sustiprintų įvesties signalą, kad būtų sukurtas didelės amplitudės išvesties signalas. MOSFET stiprintuvai apdoroja skaitmeninius signalus sunaudodami palyginti mažą energijos suvartojimą, palyginti su BJT.