Como construir um circuito amplificador MOSFET usando um MOSFET aprimorado

Como Construir Um Circuito Amplificador Mosfet Usando Um Mosfet Aprimorado



Um amplificador fornece amplificação da magnitude do sinal de entrada na saída. O amplificador MOSFET pode fornecer amplificação com menor consumo de energia. Amplificadores MOSFET são agora usados ​​em 99% dos projetos de microchips em todo o mundo. Este artigo descreve os amplificadores MOSFET em detalhes.

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.



  Um diagrama de um circuito
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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 diagrama de um circuito
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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.

  Um diagrama de circuitos elétricos
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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.

  Um diagrama de um circuito
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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).

  Um diagrama de um circuito
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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.