4. FET-Verstärkerkonfigurationen und Vorspannung
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FET-Verstärkerkonfigurationen und Vorspannung
Die Ansätze, die zum Vorspannen von BJTs verwendet werden, können auch zum Vorspannen von MOSFETs verwendet werden. Wir können die Ansätze in solche für diskrete Bauelemente und Verstärker für integrierte Schaltungen unterteilen. Konstruktionen mit diskreten Bauteilen verwenden die großen Kopplungs- und Überbrückungskondensatoren, um die Gleichstromvorspannung für jede Verstärkerstufe zu isolieren, ähnlich wie die BJT-Verstärker mit diskreten Bauteilen. IC-MOSFET-Verstärker sind im Allgemeinen direkt gekoppelt, da große Kondensatoren nicht praktikabel sind. Die IC-MOSFET-Verstärker werden normalerweise unter Verwendung von Gleichstromquellen vorgespannt, die analog zu denen sind, die für die BJT-IC-Verstärker verwendet werden.
4.1 Discrete-Component MOSFET Biasing
Die Diskrete-Komponenten-Vorspannung für MOSFET-Verstärker wird mit den in Abbildung 21 gezeigten Schaltungen erreicht. Die Gate-Source-Spannung bestimmt die Art der Schaltung, die für diese Transistorkonfiguration erforderlich sein kann. Für einen Transistor mit Anreicherungsmodus wird immer eine positive Spannung am Gate benötigt. Bei der Spannungsteilungsvorspannung gibt es eine R1 und R2 um die positive Spannung zu erhalten. Für Verarmungs-MOSFETs oder JFETs R2 kann entweder endlich oder unendlich sein, wie in Abbildung 21 (b) gezeigt.
Abbildung 21 - Vorspannungskonfigurationen des Verstärkers
Gemeinsame Quelle (CS)- Die ac Die Eingabe erfolgt um CG, der ac Ausgabe erfolgt um CD und CS ist verbunden mit a dc Spannungsquelle oder Masse. Dies ist analog zur Common-Emitter-Konfiguration für den BJT.
-Source-Widerstand (SR) - Die ac Die Eingabe erfolgt um CG, der ac Ausgabe erfolgt um CD und CS wurde weggelassen. Dies ist analog zur Emitter-Widerstand-Konfiguration für den BJT.
-Gemeinsames Tor (CG) - Die ac Die Eingabe erfolgt um CS, der ac Ausgabe erfolgt um CD und CG ist verbunden mit a dc Spannungsquelle oder Masse. Manchmal in der CG-Konfiguration, CG entfällt und das Tor ist direkt mit a verbunden dc Spannungsversorgung. Der CG ist analog zur Common Base-Konfiguration für den BJT, obwohl er in Schaltkreisen selten vorkommt.
-Source Follower (SF) - Die ac Die Eingabe erfolgt um CG, der ac Ausgabe erfolgt um CS und der Abfluss ist entweder mit a verbunden dc Spannungsversorgung direkt oder über CD. Dies wird manchmal als Common Drain (CD) bezeichnet und entspricht der Emitterfolger-Konfiguration für den BJT.
Abbildung 22 - Dievenin-Ersatzschaltung
Jede dieser Konfigurationen wird in Abschnitt 9, „FET-Verstärkeranalyse“, genauer untersucht.
Da sich die verschiedenen Konfigurationen nur in ihren Anschlüssen über die Kondensatoren unterscheiden und die Kondensatoren zu Leerlauf führen dc Spannungen und Ströme können wir die untersuchen dc Voreingenommenheit für den allgemeinen Fall. Für das Verstärkerdesign möchten wir, dass der Transistor im aktiven Betriebsbereich (auch als Sättigungsbereich oder Pinch-Off-Modus bezeichnet) arbeitet, also nehmen wir die Pinch-Off-IV-Charakteristik für das Gerät an. (Diese Annahme sollten wir immer am Ende des Entwurfs überprüfen!)
Um die Vorspannungsanalyse zu vereinfachen, verwenden wir eine Thevenin-Source, um die Schaltung am Gate des Transistors wie in Abbildung 22 dargestellt zu modellieren.
(24)
Da es drei unbekannte Variablen für die Vorspannung gibt (ID, VGS und VDS) brauchen wir drei dc Gleichungen. Zuerst die dc Gleichung um die Gate-Source-Schleife wird geschrieben.
(25)
Da der Gate-Strom Null ist, liegt ein Spannungsabfall von Null an RG. Eine Sekunde dc Die Gleichung ergibt sich aus der Kirchhoffschen Gesetzgleichung in der Drain-Source-Schleife.
(26)
Die dritte dc Die zur Ermittlung des Bias-Punkts erforderliche Gleichung ergibt sich aus Gleichung (20). 
im Abschnitt ”Junction-Feldeffekttransistor (JFET)" was hier wiederholt wird.
(27)
Die erste Annäherung gilt, wenn |λVDS| << 1 (was fast immer zutrifft) und vereinfacht die Lösung der gekoppelten Gleichungen erheblich.
Wir können die Gleichung für setzen gm [Gleichung (22)]
(22)
in ein ähnliches Format, das sich im Design als nützlich erweisen wird.
(28)
Gleichungen (25) - (28) sind ausreichend, um die Vorspannung herzustellen. Bei diskreten MOSFET-Verstärkern muss der Q-Punkt nicht in die Mitte des ac Belastungslinie, wie wir es oft für die BJT-Vorspannung getan haben. Dies liegt daran, dass normalerweise diskrete FET-Verstärker als erste Stufe in einer Verstärkerkette verwendet werden, um den hohen Eingangswiderstand auszunutzen. Bei Verwendung als erste Stufe oder Vorverstärkersind die Spannungspegel so klein, dass wir den Ausgang des Vorverstärkers nicht über große Ausschläge treiben.