4. Konfigurace zesilovačů FET a zkreslení

AKTUÁLNÍ - 4. Konfigurace a předpětí zesilovače FET

Konfigurace zesilovačů FET a zkreslení

Přístupy, které se používají pro předpětí BJT, lze také použít pro předpětí MOSFETS. Můžeme oddělit přístupy k těm, které se používají pro zesilovače diskrétních komponent versus integrované obvody. Konstrukce diskrétních součástí používají velké spojovací a obtokové kondenzátory k izolaci stejnosměrného předpětí pro každý stupeň zesilovače, podobně jako zesilovače BJT diskrétních komponent. IC MOSFET zesilovače jsou obecně přímé, protože velké kondenzátory nejsou praktické. Zesilovače IC MOSFET jsou obvykle ovlivňovány pomocí stejnosměrných proudových zdrojů, které jsou analogické těm, které se používají pro zesilovače BJT IC.

4.1 Diskrétní komponenty MOSFET Biasing

Přepínání diskrétních komponent pro zesilovače MOSFET se provádí pomocí obvodů znázorněných na obrázku 21. Napětí hradla-zdroj určuje typ obvodu, který může být vyžadován pro konfiguraci tranzistoru. U tranzistoru s vylepšeným režimem bude vždy existovat potřeba kladného napětí u brány. V předpětí napěťového dělení bude R1 a R2 za účelem získání kladného napětí. Pro depleci MOSFETů nebo JFETů, R2 může být buď konečný nebo nekonečný, jak je znázorněno na obrázku 21 (b).

Konfigurace zesilovačů FET a zkreslení

Obrázek 21 - Konfigurace předpětí zesilovače

Common Source (CS)- ac vstup je aplikován na CGse ac výstup je převzat na CD, a CS je připojen k a dc zdroje napětí nebo uzemnění. To je analogické s konfigurací společných emitorů pro BJT.
-Zdrojový rezistor (SR) - ac vstup je aplikován na CGse ac výstup je převzat na CD a CS je vynechán. To je analogické konfiguraci emitor-odpor pro BJT.
-Společná brána (CG) - ac vstup je aplikován na CSse ac výstup je převzat na CD a CG je připojen k a dc zdroje napětí nebo uzemnění. Někdy v konfiguraci CG, CG je vynechána a brána je připojena přímo k a dc napájení. CG je analogický k obyčejné základní konfiguraci pro BJT, ačkoli to je zřídka viděné v okruzích.
-Sledovatel zdroje (SF) - ac vstup je aplikován na CGse ac výstup je převzat na CS a odtok je buď připojen k a dc napájení přímo nebo přes CD. Toto je někdy nazýváno obyčejným odtokem (CD) a je analogické konfiguraci sledovače emitoru pro BJT.

Obvod ekvivalentní Theveninu

Obrázek 22 - ekvivalentní obvod Theveninu

Každá z těchto konfigurací je podrobněji popsána v části 9, „Analýza zesilovače FET“.

Vzhledem k tomu, že se různé konfigurace liší pouze v zapojení přes kondenzátory a kondenzátory jsou otevřené dc napětí a proudy, můžeme studovat dc zaujatosti pro obecný případ. Pro návrh zesilovače chceme, aby tranzistor pracoval v aktivní provozní oblasti (označované také jako oblast nasycení nebo režim sevření), takže předpokládáme, že pro zařízení bude použita IV-charakteristika. (Tento předpoklad bychom měli vždy ověřit na konci návrhu!)

Pro zjednodušení analýzy zkreslení používáme zdroj Thevenin pro modelování obvodu u brány tranzistoru, jak je znázorněno na obrázku 22.


(24)

Vzhledem k tomu, že pro nastavení jsou k dispozici tři neznámé proměnné (ID, VGS, a VDS), potřebujeme tři dc rovnice. Nejprve dc je napsána rovnice kolem smyčky zdroje brány.


(25)

Všimněte si, že protože proud hradla je nula, existuje napěťový úbytek RG. Vteřina dc rovnice je nalezena z rovnice Kirchhoffova zákona ve smyčce odtoku a zdroje.


(26)

Třetí dc rovnice potřebná k vytvoření bodu zkreslení je nalezena z rovnice (20)  v sekci ”Spojovací tranzistor s efektem pole (JFET)který se zde opakuje.


(27)

První aproximace se použije, pokudλVDS| << 1 (což je téměř vždy pravda) a značně zjednodušuje řešení spojených rovnic.

Můžeme dát rovnici g[Rovnice (22)]

(22)

do podobného formátu, který se ukáže jako užitečný v designu.


(28)

 

Rovnice (25) - (28) jsou dostatečné pro stanovení zkreslení. U diskrétních zesilovačů MOSFET nemusíme umístit Q-bod do středu ac zatížení, jak jsme často dělali pro BJT zkreslení. Je to proto, že diskrétní zesilovače FET jsou normálně používány jako první stupeň v řetězci zesilovače pro využití vysokého vstupního odporu. Při použití jako první stupeň nebo předzesilovač, úrovně napětí jsou tak malé, že nebudeme řídit výstup z předzesilovače přes velké exkurze.