MOSFET Amplifikatörü
Bir MOSFET amplifikatörü Metal-Oksit-Yarıiletken teknolojisine dayanmaktadır. Bir tür yalıtımlı kapı tabanlı alan etkili transistördür. Alan etkili transistörler, amplifikasyon işlevleri için kullanıldığında daha düşük o/p empedansı ve daha yüksek bir i/p empedansı sağlar.
Geliştirme MOSFET Amplifikatörünün Devresi ve Çalışması
Bir MOSFET yükseltecin devresi aşağıda verilmiştir. Bu devrede 'G', 'S' ve 'D' harfleri kapının, kaynağın ve drenajın konumlarını belirtmek için kullanılırken drenaj voltajı, drenaj akımı ve kapı kaynağı voltajı V ile temsil edilmiştir. D , BEN D ve V GS .
MOSFET'ler genellikle doğrusal/ohmik, kesme ve doygunluk olmak üzere üç bölgede çalışır. MOSFET'ler amplifikatör olarak kullanıldığında, uygulanan voltaj arttıkça cihazın genel akım akışının arttığı bu üç çalışma bölgesinden birinin ohmik bölgesinde çalışırlar.
MOSFET amplifikatöründe, JFET'e benzer şekilde, geçit voltajındaki küçük bir değişiklik, drenaj akımında önemli bir değişikliğe neden olacaktır. Sonuç olarak MOSFET, kapı terminallerindeki zayıf sinyali güçlendirerek amplifikatör görevi görür.
MOSFET Amplifikatörün Çalışması
MOSFET amplifikatör devresi, yukarıda gösterilen daha basit devreye bir kaynak, drenaj, yük direnci ve birleştirme kapasitörleri eklenerek oluşturulur. MOSFET amplifikatörünün polarlama devresi aşağıda verilmiştir:
Bir voltaj bölücü, yukarıdaki öngerilimleme devresinin yapı bileşenidir ve birincil görevi, bir transistörü bir yönde saptırmaktır. Bu nedenle bu, transistörlerin en yaygın olarak öngerilimli devrelerde kullandığı öngerilimleme tekniğidir. Gerilimin uygun seviyelerde bölünerek MOSFET'e iletilmesini sağlamak için iki direnç kullanılır. İki paralel direnç, R 1 ve R 2 , ön gerilimleri iletmek için kullanılır. Yukarıdaki devredeki öngerilimli DC voltaj bölücü, C tarafından daha da güçlendirilecek olan AC sinyalinden korunur. 1 ve C 2 bir çift bağlantı kapasitörü. RL direnci olarak yük çıkışı alır. Öngerilimli voltaj şu şekilde verilir:
R 1 ve R 2 Bu durumda amplifikatörün giriş empedansını artırmak ve ohmik güç kayıplarını sınırlamak için değerler genellikle yüksektir.
Giriş ve Çıkış Gerilimleri (Vin & Vout)
Matematiksel ifadeleri basitleştirmek için drenaj branşmanına paralel bağlı bir yük olmadığını varsayıyoruz. Kaynak-geçit voltajı VGS, giriş voltajını (Vin) kapı (G) terminalinden alır. R S x ben D İlgili R boyunca voltaj düşüşünü sağlayacaktır S direnç. İletkenlik (g M ) drenaj akımının oranıdır ( I D ) kapı kaynağı voltajına ( V GS ) sabit bir drenaj kaynağı voltajı uygulandıktan sonra:
Yani ben D = g M ×V GS & giriş voltajı (V içinde ) V'den hesaplanabilir GS :
Çalışma/p gerilimi (V dışarı ) yukarıdaki devrede:
Gerilim Kazanımı
Gerilim kazancı (A İÇİNDE ) giriş ve çıkış gerilimlerinin oranıdır. Bu indirgemenin ardından denklem şu şekilde olacaktır:
MOSFET amplifikatörünün, tıpkı BJT CE Amplifikatörü gibi o/p sinyalinin ters çevrilmesini gerçekleştirmesi. “-“ sembolü ters çevirmeyi ifade eder. Dolayısıyla çıkışlar için faz kayması 180° veya rad'dir.
MOSFET Amplifikatörün Sınıflandırılması
Üç farklı MOSFET amplifikatör türü vardır: ortak geçit (CG), ortak kaynak (CS) ve ortak drenaj (CD). Her tip ve konfigürasyonu aşağıda ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
Ortak Kaynak MOSFET'leri Kullanarak Amplifikasyon
Ortak kaynaklı bir amplifikatörde, çalışma/p voltajı yükseltilir ve boşaltma (D) terminalinin içindeki yükteki direnç üzerinden ulaşır. Bu durumda i/p sinyali hem kapı (G) hem de kaynak (S) terminallerinde sağlanır. Kaynak terminali, bu düzenlemede i/p ve o/p arasında bir referans terminali görevi görür. Yüksek kazancı ve daha fazla sinyal amplifikasyonu potansiyeli nedeniyle bu, BJT'ler için özellikle tercih edilen konfigürasyondur. Aşağıda ortak kaynaklı bir MOSFET yükselticisinin devresinin şeması bulunmaktadır.
“RD” direnci drenaj (D) ile toprak (G) arasındaki dirençtir. Bir sonraki şekilde gösterilen hibrit π modeli, bu küçük sinyal devresini temsil etmek için kullanılır. Bu modele göre üretilen akım i = g ile temsil edilir. M içinde gs . Öyleyse,
Farklı parametrelerin değerleri Rin=∞, V olarak tahmin edilebilir. Ben =V kendileri ve V gs =V Ben
Böylece açık devre gerilim kazancı:
Bir kaynak tarafından desteklenen doğrusal bir devre, Thevenin veya Norton eşdeğeri ile değiştirilebilir. Norton'un eşdeğerliği, devrenin çıkış kısmını küçük sinyal devresinden değiştirmek için kullanılabilir. Norton eşdeğeri bu durumda daha pratiktir. Varsayılan eşdeğerlik ile gerilim kazancı G İÇİNDE şu şekilde değiştirilebilir:
Ortak Kaynaklı MOSFET amplifikatörleri sonsuz giriş/çıkış empedansına, yüksek açma/kapama direncine ve yüksek voltaj kazancına sahiptir.
Ortak Kapı Amplifikatörü (CG)
Ortak geçit (CG) amplifikatörleri genellikle akım veya voltaj amplifikatörleri olarak kullanılır. Transistörün kaynak terminali (S), CG düzenlemesinde giriş olarak işlev görürken drenaj terminali çıkış olarak hizmet eder ve kapı terminali toprağa (G) bağlanır. Giriş empedansını azaltmak veya salınımı önlemek için giriş ve çıkış arasında güçlü bir izolasyon oluşturmak için sıklıkla aynı kapı amplifikatör düzenlemesi kullanılır. Ortak geçit amplifikatörü eşdeğer devresinin küçük sinyali ve T modelleri aşağıda gösterilmiştir. 'T' modelinde kapı akımı her zaman sıfırdır.
'Vgs' uygulanan voltaj ise ve kaynaktaki akım 'V ile temsil edilirse gs xg M ', Daha sonra:
Burada ortak kapı amplifikatörü, R olarak temsil edilen giriş direncini azaltmıştır. içinde = 1/g M . Giriş direncinin değeri genellikle birkaç yüz ohm'dur. O/p voltajı şu şekilde verilir:
Nerede:
Bu nedenle açık devre voltajı şu şekilde temsil edilebilir:
Devrenin çıkış direnci R olduğundan Ö = R D amplifikatör kazancı düşük i/p empedansından zarar görür. Bu nedenle voltaj bölücünün formülünü kullanarak:
Çünkü ‘R kendileri ' genellikle 1/g'den büyüktür M , 'V Ben ' V ile karşılaştırıldığında zayıflatılmıştır kendileri . Uygun voltaj kazancı, o/p'ye bir yük direnci 'RL' bağlandığında elde edilir. Böylece voltaj kazancı şu şekilde temsil edilir:
Ortak Tahliye Yükselticisi
Ortak drenaj (CD) amplifikatörü, drenaj (D) terminali açık bırakılırken kaynak terminalinin çıkış sinyalini aldığı ve geçit terminalinin giriş sinyalini aldığı amplifikatördür. Küçük o/p yükleri sıklıkla bu CD amplifikatörünü voltaj tampon devresi olarak kullanarak çalıştırılır. Bu konfigürasyon çok düşük o/p empedansı ve son derece yüksek i/p empedansı sunar.
Küçük sinyaller için ortak drenaj amplifikatörünün eşdeğer devresi ve T modeli aşağıda gösterilmektedir. Bu devredeki i/p giriş kaynağı, bir direncin eşdeğer voltajı (R) ile tanımlanabilir. kendileri ) ve bir Thevenin (V kendileri ). Bir yük direnci (RL), kaynak (S) terminali ile toprak (G) terminali arasındaki çıkışa bağlanır.
Benden beri G sıfırdır, Rin = ∞ Terminal gerilimi için gerilim bölücü şu şekilde ifade edilebilir:
Thevenin eşdeğeri kullanılarak yukarıdaki ifadeye benzer genel voltaj kazancı bulunur ve bu R dikkate alınarak değerlendirilebilir. 0 =1/g M gibi:
R'den beri Ö = 1/g M Genellikle büyük yük direnci 'RL'den oldukça küçük bir değerdir, bu durumda kazanç birden küçüktür.
Çözüm
Normal amplifikatör ile MOSFET amplifikatör arasındaki fark, normal amplifikatörün, yüksek genlikli bir çıkış sinyali üretmek üzere giriş sinyalini yükseltmek için bir elektronik devre kullanmasıdır. MOSFET amplifikatörleri, dijital sinyalleri BJT'lere kıyasla nispeten daha az güç tüketimiyle işler.