Amplificador MOSFET
Un amplificador MOSFET se basa en la tecnología de semiconductores de óxido metálico. Es una especie de transistor de efecto de campo basado en puerta aislada. Los transistores de efecto de campo proporcionan una impedancia o/p más baja y una impedancia i/p más alta cuando se utilizan para funciones de amplificación.
Circuito y funcionamiento del amplificador MOSFET de mejora
A continuación se muestra el circuito para un amplificador MOSFET. Las letras 'G', 'S' y 'D' se utilizan en este circuito para indicar las posiciones de la compuerta, la fuente y el drenaje, mientras que el voltaje de drenaje, la corriente de drenaje y el voltaje de la compuerta-fuente se han representado por V. D , I D , y V GS .
Los MOSFET suelen operar en tres regiones: lineal/óhmica, de corte y de saturación. Cuando los MOSFET se utilizan como amplificadores, funcionan en la zona óhmica de una de estas tres regiones operativas, donde el flujo de corriente general del dispositivo aumenta a medida que aumenta el voltaje aplicado.
En el amplificador MOSFET, similar a un JFET, un pequeño cambio en el voltaje de la puerta dará como resultado un cambio significativo en su corriente de drenaje. Como resultado, el MOSFET sirve como amplificador al fortalecer una señal débil en los terminales de la puerta.
Funcionamiento del amplificador MOSFET
El circuito amplificador MOSFET se crea agregando una fuente, un drenaje, una resistencia de carga y condensadores de acoplamiento al circuito más simple que se muestra arriba. El circuito de polarización del amplificador MOSFET se proporciona a continuación:
Un divisor de voltaje es el componente de construcción del circuito de polarización anterior, y su trabajo principal es polarizar un transistor en una dirección. Por lo tanto, esta es la técnica de polarización que utilizan los transistores en los circuitos polarizados más comúnmente. Para garantizar que el voltaje se divida y entregue al MOSFET en los niveles adecuados, se utilizan dos resistencias. Dos resistencias en paralelo, R 1 y r 2 , se utilizan para entregar los voltajes de polarización. El divisor de voltaje de CC de polarización en el circuito anterior está protegido de la señal de CA que será amplificada aún más por el C 1 y C 2 par de condensadores de acoplamiento. La carga como resistencia RL recibe la salida. El voltaje polarizado está dado por:
R 1 y r 2 Los valores suelen ser altos en este caso para aumentar la impedancia de entrada del amplificador y limitar las pérdidas de potencia óhmica.
Voltajes de entrada y salida (Vin y Vout)
Suponemos que no hay ninguna carga conectada en paralelo al ramal de drenaje para simplificar las expresiones matemáticas. El voltaje fuente-puerta VGS recibe el voltaje de entrada (Vin) del terminal de puerta (G). R S xyo D proporcionará la caída de voltaje a través del respectivo R S resistor. Transconductancia (g metro ) es la relación de la corriente de drenaje ( I D ) al voltaje de la puerta-fuente ( V GS ) después de aplicar una tensión constante drenaje-fuente:
Asique D = gramo metro ×V GS y el voltaje de entrada (V en ) puede calcularse a partir de V GS :
El voltaje de salida (V afuera ) en el circuito anterior es:
Ganancia de voltaje
La ganancia de voltaje (A EN ) es la relación entre los voltajes de entrada y salida. Después de esa reducción, la ecuación quedará:
El hecho de que el amplificador MOSFET realiza la inversión de la señal o/p al igual que el amplificador BJT CE. El símbolo '-' representa la inversión. Por tanto, el desplazamiento de fase es de 180° o rad para las salidas.
Clasificación del amplificador MOSFET
Hay tres tipos diferentes de amplificadores MOSFET: puerta común (CG), fuente común (CS) y drenaje común (CD). Cada tipo y su configuración se detallan a continuación.
Amplificación mediante MOSFET de fuente común
En un amplificador de fuente común, el voltaje de salida se amplifica y atraviesa la resistencia en la carga dentro del terminal de drenaje (D). En este caso, la señal i/p se proporciona tanto en los terminales de puerta (G) como de fuente (S). El terminal fuente sirve como terminal de referencia entre i/p y o/p en esta disposición. Debido a su alta ganancia y potencial para una mayor amplificación de la señal, esta es una configuración particularmente preferible que los BJT. A continuación se muestra un diagrama del circuito de un amplificador MOSFET de fuente común.
La resistencia 'RD' es la resistencia entre el drenaje (D) y tierra (G). El modelo híbrido π, que se muestra en la siguiente figura, se utiliza para representar este circuito de pequeña señal. De este modelo, la corriente producida está representada por i = g metro en gs . Por lo tanto,
Se puede estimar que los valores de diferentes parámetros son Rin=∞, V i =V ellos mismos y V gs =V i
Por tanto, la ganancia de voltaje en circuito abierto es:
Un circuito lineal alimentado por una fuente se puede cambiar por su equivalente de Thevenin o Norton. La equivalencia de Norton se puede utilizar para modificar la parte de salida del circuito del circuito de señal pequeña. El equivalente de Norton es más práctico en esta situación. Con la equivalencia asumida, la ganancia de voltaje G EN se puede modificar como:
Los amplificadores MOSFET de fuente común tienen impedancia de entrada/salida infinita, alta resistencia de encendido/apagado y ganancia de alto voltaje.
Amplificador de puerta común (CG)
Los amplificadores de puerta común (CG) se utilizan a menudo como amplificadores de corriente o voltaje. El terminal fuente del transistor (S) funciona como entrada en la disposición CG, mientras que el terminal de drenaje sirve como salida y el terminal de compuerta está conectado a tierra (G). A menudo se utiliza la misma disposición de amplificador de puerta para crear un fuerte aislamiento entre la entrada y la salida para reducir la impedancia de entrada o evitar la oscilación. A continuación se muestran los modelos T y de señal pequeña del circuito equivalente del amplificador de puerta común. La corriente de puerta en el modelo 'T' es siempre cero.
Si, 'Vgs' es voltaje aplicado y la corriente en la fuente está representada por 'V gs x g metro ', entonces:
Aquí, el amplificador de puerta común tiene una resistencia de entrada reducida representada como R en = 1/g metro . El valor de la resistencia de entrada es generalmente de unos pocos cientos de ohmios. El voltaje o/p viene dado como:
Dónde:
Por tanto, el voltaje de circuito abierto se puede representar como:
Como la resistencia de salida del circuito es R oh =R D , la ganancia del amplificador sufre debido a la baja impedancia i/p. Por lo tanto, usando la fórmula del divisor de voltaje:
Porque 'R ellos mismos ' suele ser mayor que 1/g metro , la V i ’ está atenuado en comparación con V ellos mismos . La ganancia de voltaje adecuada se logra cuando se conecta una resistencia de carga 'RL' a la salida. Por tanto, la ganancia de voltaje se representa como:
Amplificador de drenaje común
Un amplificador de drenaje común (CD) es aquel en el que el terminal fuente recibe la señal de salida y el terminal de puerta recibe la señal de entrada mientras el terminal de drenaje (D) se deja abierto. Con frecuencia se activan pequeñas cargas de salida utilizando este amplificador de CD como circuito amortiguador de voltaje. Esta configuración ofrece una impedancia o/p muy baja y una impedancia i/p extremadamente alta.
A continuación se muestra el circuito equivalente del amplificador de drenaje común para señales pequeñas y el modelo T. La fuente de entrada i/p en este circuito se puede identificar por el voltaje equivalente de una resistencia (R ellos mismos ) y un Thévenin (V ellos mismos ). Una resistencia de carga (RL) se conecta con la salida entre el terminal de fuente (S) y el terminal de tierra (G).
desde el yo GRAMO es cero, Rin = ∞ El divisor de voltaje para el voltaje terminal se puede expresar como:
Al utilizar el equivalente de Thevenin, la ganancia de voltaje general es similar a la expresión anterior, que se puede evaluar considerando R 0 =1/g metro como:
Desde R oh = 1/g metro Generalmente es un valor bastante pequeño para una resistencia de carga grande 'RL', la ganancia es menor que la unidad en este caso.
Conclusión
La diferencia entre un amplificador normal y un amplificador MOSFET es que un amplificador normal utiliza un circuito electrónico para amplificar la señal de entrada y producir una señal de salida con una amplitud alta. Los amplificadores MOSFET procesan señales digitales con un consumo de energía comparativamente pequeño en comparación con los BJT.