מגבר MOSFET
מגבר MOSFET מבוסס על טכנולוגיית Metal-Oxide-Semiconductor. זהו מעין טרנזיסטור אפקט שדה מבוסס שער מבודד. טרנזיסטורי אפקט שדה מספקים עכבת o/p נמוכה יותר ועכבת i/p גבוהה יותר כאשר משתמשים בהם לפונקציות הגברה.
מעגל ותפעול של מגבר MOSFET משופר
המעגל עבור מגבר MOSFET ניתן להלן. האותיות 'G', 'S' ו-'D' משמשות במעגל זה כדי לציין את מיקומי השער, המקור והניקוז בעוד שמתח הניקוז, זרם הניקוז ומתח מקור השער מיוצגים על ידי V ד , אני ד , ו-V GS .
מכשירי MOSFET פועלים לרוב בשלושה אזורים, ליניארי/אוהמי, חתך ורוויה. כאשר MOSFETs משמשים כמגברים, הם פועלים באזור האוהמי של אחד משלושת אזורי הפעולה הללו, שם זרימת הזרם הכוללת של המכשיר עולה ככל שהמתח המופעל עולה.
במגבר MOSFET, בדומה ל-JFET, שינוי קטן במתח השער יגרום לשינוי משמעותי בזרם הניקוז שלו. כתוצאה מכך, MOSFET משמש כמגבר על ידי חיזוק אות חלש במסופי שער.
עבודה של מגבר MOSFET
מעגל מגבר MOSFET נוצר על ידי הוספת קבלי מקור, ניקוז, נגד עומס וצימוד למעגל הפשוט יותר המוצג לעיל. מעגל הטיה של מגבר MOSFET מסופק להלן:
מחלק מתח הוא מרכיב הבנייה של מעגל ההטיה הנ'ל, ותפקידו העיקרי הוא להטות טרנזיסטור בכיוון אחד. לכן, זוהי טכניקת ההטיה שבה משתמשים טרנזיסטורים במעגלים המוטים הנפוצים ביותר. כדי להבטיח שהמתח מחולק ומועבר ל-MOSFET ברמות המתאימות, נעשה שימוש בשני נגדים. שני נגדים מקבילים, R 1 ור 2 , משמשים לספק את מתחי ההטיה. מחלק מתח DC הטיה במעגל הנ'ל מוגן מפני אות AC שיוגבר עוד יותר על ידי ה-C 1 ו-C 2 זוג קבלי צימוד. העומס כנגד RL מקבל את הפלט. המתח המוטה ניתן על ידי:
ר 1 ור 2 הערכים בדרך כלל גבוהים במקרה זה כדי להגדיל את עכבת הכניסה של המגבר ולהגביל הפסדי הספק אוהם.
מתחי כניסה ויציאה (Vin & Vout)
אנו מניחים שאין עומס מחובר במקביל לענף הניקוז על מנת לפשט את הביטויים המתמטיים. מתח המקור -שער VGS, מקבל את מתח הכניסה (Vin) ממסוף השער (G). ר ס x אני ד יספק את מפל המתח על פני ה-R המתאים ס נַגָד. טרנסמוליכות (ג M ) הוא היחס בין זרם הניקוז (I ד ) למתח מקור השער (V GS ) לאחר הפעלת מתח מקור ניקוז קבוע:
אז אני ד = g M ×V GS ומתח הכניסה (V ב ) ניתן לחשב מ-V GS :
מתח ה-o/p (V הַחוּצָה ) במעגל שלמעלה הוא:
רווח מתח
רווח המתח (A IN ) הוא היחס בין מתחי הכניסה והמוצא. בעקבות ההפחתה הזו, המשוואה תהפוך:
העובדה שמגבר MOSFET מבצע היפוך של אות o/p בדיוק כמו מגבר BJT CE. הסמל '-' אחראי על היפוך. הסטת הפאזה היא לפיכך 180° או ראד עבור פלטים.
סיווג של מגבר MOSFET
ישנם שלושה סוגים שונים של מגברי MOSFET: שער משותף (CG), מקור משותף (CS) וניקוז משותף (CD). כל סוג והתצורה שלו מפורטים להלן.
הגברה באמצעות MOSFETs מקור משותף
במגבר מקור נפוץ, מתח ה-o/p מוגבר, והוא מגיע לרוחב הנגד בעומס בתוך מסוף הניקוז (D). אות i/p מסופק הן במסוף השער (G) והן במסוף המקור (S) במקרה זה. מסוף המקור משמש כמסוף ייחוס בין ה-i/p ל-o/p בסידור זה. בשל הרווח הגבוה שלו והפוטנציאל להגברת אותות יותר, זו תצורה עדיפה במיוחד מאשר BJTs. להלן תרשים של מעגל מגבר MOSFET מקור נפוץ.
הנגד 'RD' הוא ההתנגדות בין הניקוז (D) לאדמה (G). מודל π ההיברידי, המוצג באיור הבא, משמש לייצוג מעגל האותות הקטן הזה. ממודל זה, הזרם המיוצר מיוצג על ידי i = g M ב gs . לָכֵן,
ניתן להעריך את הערכים של פרמטרים שונים Rin=∞, V אני =V עצמם ו-V gs =V אני
לפיכך, רווח המתח במעגל הפתוח הוא:
מעגל ליניארי המופעל על ידי מקור עשוי להיות מוחלף עבור Thevenin או המקבילה של Norton. ניתן להשתמש בשוויון של נורטון כדי לשנות את חלק הפלט של המעגל ממעגל האות הקטן. המקבילה של נורטון מעשית יותר במצב זה. עם השקילות המשוערת, רווח המתח G IN ניתן לשנות כ:
למגברי MOSFET מקור משותף יש עכבת כניסה/יציאה אינסופית, התנגדות הפעלה/כיבוי גבוהה והגברת מתח גבוהה.
Common-Gate Amplifier (CG)
מגברי Common-gate (CG) משמשים לעתים קרובות כמגברי זרם או מתח. מסוף המקור (S) של הטרנזיסטור מתפקד כקלט בסידור ה-CG, בעוד שמסוף הניקוז משמש כמוצא ומסוף השער מקושר לאדמה (G). אותו סידור מגבר שער משמש לעתים קרובות ליצירת בידוד חזק בין הקלט והיציאה כדי להפחית את עכבת הכניסה או למנוע תנודה. דגמי האות הקטן וה-T של המעגל המקביל למגבר השער המשותף מוצגים להלן. זרם השער במודל 'T' הוא תמיד אפס.
אם, 'Vgs' הוא מתח מופעל והזרם במקור מיוצג על ידי 'V gs x g M ', לאחר מכן:
כאן, למגבר השער המשותף יש התנגדות כניסה מופחתת המיוצגת כ-R ב = 1/גרם M . הערך של התנגדות הכניסה הוא בדרך כלל כמה מאות אוהם. מתח ה-o/p ניתן כ:
איפה:
לכן, מתח המעגל הפתוח עשוי להיות מיוצג כ:
מכיוון שהתנגדות הפלט של המעגל היא R O = ר ד , רווח המגבר סובל מעכבת ה-i/p הנמוכה. לכן, באמצעות הנוסחה של מחלק המתח:
כי 'ר עצמם לרוב גדול מ-1/ג' M , ה'V אני ' מוחלש בהשוואה ל-V עצמם . רווח המתח המתאים מושג כאשר נגד עומס 'RL' מחובר ל-o/p,. רווח המתח מיוצג אם כן כך:
מגבר ניקוז משותף
מגבר ניקוז משותף (CD) הוא מגבר שבו מסוף המקור מקבל את אות המוצא, ומסוף השער מקבל את אות הכניסה בזמן שמסוף הניקוז (D) נותר פתוח. עומסי o/p קטנים מונעים לעתים קרובות באמצעות מגבר CD זה כמעגל חיץ מתח. תצורה זו מציעה עכבת o/p נמוכה מאוד ועכבת i/p גבוהה במיוחד.
המעגל המקביל של מגבר הניקוז המשותף לאותות קטנים ודגם ה-T מוצג להלן. ניתן לזהות את מקור הקלט i/p במעגל זה על ידי המתח המקביל של הנגד (R עצמם ) ותבנין (ו עצמם ). נגד עומס (RL) מתחבר עם פלט בין מסוף המקור (S) למסוף האדמה (G).
מאז ה-I G הוא אפס, רין = ∞ ניתן לבטא את מחלק המתח למתח המסוף כך:
באמצעות המקבילה של Thevenin, רווח המתח הכולל נמצא דומה לביטוי לעיל, שניתן להעריך תוך התחשבות ב-R 0 = 1/גרם M כפי ש:
מאז ר O = 1/גרם M הוא בדרך כלל ערך די קטן מנגד עומס גדול 'RL', הרווח קטן יותר מאחדות במקרה זה.
סיכום
ההבדל בין מגבר רגיל למגבר MOSFET הוא שמגבר רגיל משתמש במעגל אלקטרוני כדי להגביר את אות הכניסה כדי לייצר אות פלט עם משרעת גבוהה. מגברי MOSFET מעבדים אותות דיגיטליים עם צריכת חשמל קטנה יחסית בהשוואה ל-BJTs.