Amplificador MOSFET
Um amplificador MOSFET é baseado na tecnologia Metal-Oxide-Semiconductor. É um tipo de transistor de efeito de campo baseado em porta isolada. Os transistores de efeito de campo fornecem menor impedância o/p e maior impedância i/p quando utilizados para funções de amplificação.
Circuito e operação do amplificador MOSFET de aprimoramento
O circuito para um amplificador MOSFET é fornecido abaixo. As letras 'G,' 'S' e 'D' são usadas neste circuito para indicar as posições da porta, fonte e dreno, enquanto a tensão de dreno, a corrente de dreno e a tensão de fonte de porta foram representadas por V D , EU D e V GS .
Os MOSFETs geralmente operam em três regiões: linear/ôhmico, corte e saturação. Quando os MOSFETs são usados como amplificadores, eles funcionam na zona ôhmica de uma dessas três regiões operacionais, onde o fluxo geral de corrente do dispositivo aumenta à medida que a tensão aplicada aumenta.
No amplificador MOSFET, semelhante a um JFET, uma pequena mudança na tensão da porta resultará em uma mudança significativa na sua corrente de dreno. Como resultado, o MOSFET serve como amplificador, fortalecendo um sinal fraco nos terminais do portão.
Funcionamento do amplificador MOSFET
O circuito amplificador MOSFET é criado adicionando uma fonte, dreno, resistor de carga e capacitores de acoplamento ao circuito mais simples mostrado acima. O circuito de polarização do amplificador MOSFET é fornecido abaixo:
Um divisor de tensão é o componente de construção do circuito de polarização acima e sua função principal é polarizar um transistor em uma direção. Portanto, esta é a técnica de polarização que os transistores usam nos circuitos mais comumente polarizados. Para garantir que a tensão seja dividida e entregue ao MOSFET nos níveis adequados, dois resistores são usados. Dois resistores paralelos, R 1 e R 2 , são usados para fornecer as tensões de polarização. O divisor de tensão CC de polarização no circuito acima é protegido do sinal CA que será amplificado ainda mais pelo C 1 e C 2 par de capacitores de acoplamento. A carga como um resistor RL recebe a saída. A tensão polarizada é dada por:
R 1 e R 2 os valores são normalmente altos neste caso para aumentar a impedância de entrada do amplificador e para limitar as perdas de potência ôhmica.
Tensões de entrada e saída (Vin & Vout)
Assumimos que não há carga conectada em paralelo ao ramal de drenagem para simplificar as expressões matemáticas. A tensão fonte-porta VGS recebe a tensão de entrada (Vin) do terminal da porta (G). R S XI D deve fornecer a queda de tensão através do respectivo R S resistor. Transcondutância (g eu ) é a razão entre a corrente de dreno (I D ) para tensão porta-fonte (V GS ) após uma tensão constante de fonte de dreno ter sido aplicada:
Então eu D =g eu ×V GS e a tensão de entrada (V em ) pode ser calculado a partir de V GS :
A tensão o/p (V fora ) no circuito acima é:
Ganho de tensão
O ganho de tensão (A EM ) é a relação entre as tensões de entrada e saída. Após essa redução, a equação se tornará:
O fato do amplificador MOSFET realizar a inversão do sinal o/p assim como o amplificador BJT CE. O símbolo “-“ representa inversão. A mudança de fase é, portanto, de 180° ou rad para saídas.
Classificação do amplificador MOSFET
Existem três tipos diferentes de amplificadores MOSFET: porta comum (CG), fonte comum (CS) e dreno comum (CD). Cada tipo e sua configuração são detalhados a seguir.
Amplificação usando MOSFETs de fonte comum
Em um amplificador de fonte comum, a tensão o/p é amplificada e atinge o resistor na carga dentro do terminal dreno (D). O sinal i/p é fornecido nos terminais de porta (G) e fonte (S) neste caso. O terminal de origem serve como um terminal de referência entre i/p e o/p neste arranjo. Devido ao seu alto ganho e potencial para maior amplificação de sinal, esta configuração é particularmente preferível aos BJTs. Abaixo está um diagrama de um circuito de amplificador MOSFET de fonte comum.
O resistor “RD” é a resistência entre o dreno (D) e o terra (G). O modelo híbrido π, mostrado na figura a seguir, é usado para representar este circuito de pequenos sinais. A partir deste modelo, a corrente produzida é representada por i = g eu em gs . Portanto,
Os valores de diferentes parâmetros podem ser estimados como Rin = ∞, V eu = V eles mesmos e V gs = V eu
Assim, o ganho de tensão em circuito aberto é:
Um circuito linear alimentado por uma fonte pode ser trocado por seu equivalente de Thevenin ou Norton. A equivalência de Norton pode ser usada para modificar a porção de saída do circuito do circuito de pequenos sinais. O equivalente do Norton é mais prático nesta situação. Com a equivalência assumida, o ganho de tensão G EM pode ser modificado como:
Os amplificadores MOSFET de fonte comum têm impedância infinita de entrada/saída, alta resistência liga/desliga e alto ganho de tensão.
Amplificador de porta comum (CG)
Amplificadores de porta comum (CG) são frequentemente usados como amplificadores de corrente ou tensão. O terminal de fonte do transistor (S) funciona como entrada no arranjo CG, enquanto o terminal de dreno serve como saída e o terminal de porta está ligado ao terra (G). O mesmo arranjo de amplificador de porta é frequentemente usado para criar um forte isolamento entre a entrada e a saída para reduzir a impedância de entrada ou evitar oscilação. Os modelos T e de pequenos sinais do circuito equivalente do amplificador de porta comum são mostrados abaixo. A corrente de porta no modelo ‘T’ é sempre zero.
Se, ‘Vgs’ for aplicada tensão e a corrente na fonte for representada por ‘V gs x g eu ', então:
Aqui, o amplificador de porta comum reduziu a resistência de entrada representada como R em = 1/g eu . O valor da resistência de entrada é geralmente de algumas centenas de ohms. A tensão o/p é dada como:
Onde:
Portanto, a tensão de circuito aberto pode ser representada como:
Como a resistência de saída do circuito é R o =R D , o ganho do amplificador sofre com a baixa impedância i/p. Portanto, usando a fórmula do divisor de tensão:
Porque ‘R eles mesmos 'é frequentemente maior que 1/g eu , o V eu 'é atenuado em comparação com V eles mesmos . O ganho de tensão apropriado é alcançado quando um resistor de carga ‘RL’ é conectado ao o/p. O ganho de tensão é assim representado como:
Amplificador de drenagem comum
Um amplificador de dreno comum (CD) é aquele em que o terminal de fonte recebe o sinal de saída e o terminal de porta recebe o sinal de entrada enquanto o terminal de dreno (D) é deixado aberto. Pequenas cargas o/p são freqüentemente acionadas usando este amplificador de CD como um circuito buffer de tensão. Esta configuração oferece impedância o/p muito baixa e impedância i/p extremamente alta.
O circuito equivalente do amplificador de dreno comum para sinais pequenos e o modelo T é mostrado abaixo. A fonte de entrada i/p neste circuito pode ser identificada pela tensão equivalente de um resistor (R eles mesmos ) e um Thévenin (V eles mesmos ). Um resistor de carga (RL) se conecta à saída entre o terminal de fonte (S) e o terminal de aterramento (G).
Desde o eu G é zero, Rin = ∞ O divisor de tensão para tensão terminal pode ser expresso como:
Usando o equivalente de Thevenin, o ganho geral de tensão é semelhante à expressão acima, que pode ser avaliado considerando R 0 =1/g eu como:
Desde R o = 1/g eu geralmente é um valor muito pequeno do resistor de carga grande 'RL', o ganho é menor que a unidade neste caso.
Conclusão
A diferença entre um amplificador normal e um amplificador MOSFET é que um amplificador normal usa um circuito eletrônico para amplificar o sinal de entrada e produzir um sinal de saída com alta amplitude. Os amplificadores MOSFET processam sinais digitais com comparativamente pouco consumo de energia em comparação com os BJTs.