Amplificateur MOSFET
Un amplificateur MOSFET est basé sur la technologie métal-oxyde-semi-conducteur. Il s'agit d'une sorte de transistor à effet de champ à grille isolée. Les transistors à effet de champ offrent une impédance o/p plus faible et une impédance i/p plus élevée lorsqu'ils sont utilisés pour des fonctions d'amplification.
Circuit et fonctionnement de l'amplificateur MOSFET amélioré
Le circuit d'un amplificateur MOSFET est donné ci-dessous. Les lettres « G », « S » et « D » sont utilisées dans ce circuit pour indiquer les positions de la grille, de la source et du drain tandis que la tension de drain, le courant de drain et la tension grille-source ont été représentés par V. D , JE D , et V GS .
Les MOSFET fonctionnent souvent dans trois régions : linéaire/ohmique, coupure et saturation. Lorsque les MOSFET sont utilisés comme amplificateurs, ils fonctionnent dans la zone ohmique de l’une de ces trois régions de fonctionnement, où le flux de courant global du dispositif augmente à mesure que la tension appliquée augmente.
Dans l'amplificateur MOSFET, similaire à un JFET, un petit changement dans la tension de grille entraînera un changement significatif dans son courant de drain. En conséquence, le MOSFET sert d'amplificateur en renforçant un signal faible aux bornes de porte.
Fonctionnement de l'amplificateur MOSFET
Le circuit amplificateur MOSFET est créé en ajoutant une source, un drain, une résistance de charge et des condensateurs de couplage au circuit plus simple illustré ci-dessus. Le circuit de polarisation de l’amplificateur MOSFET est présenté ci-dessous :
Un diviseur de tension est le composant constitutif du circuit de polarisation ci-dessus et sa tâche principale est de polariser un transistor dans une direction. Il s’agit donc de la technique de polarisation utilisée par les transistors dans les circuits les plus couramment polarisés. Pour garantir que la tension est divisée et délivrée dans le MOSFET aux niveaux appropriés, deux résistances sont utilisées. Deux résistances parallèles, R 1 et R 2 , sont utilisés pour délivrer les tensions de polarisation. Le diviseur de tension CC de polarisation dans le circuit ci-dessus est protégé du signal CA qui sera encore amplifié par le C 1 et C 2 paire de condensateurs de couplage. La charge en tant que résistance RL reçoit la sortie. La tension polarisée est donnée par :
R. 1 et R 2 les valeurs sont généralement élevées dans ce cas pour augmenter l’impédance d’entrée de l’amplificateur et limiter les pertes de puissance ohmique.
Tensions d'entrée et de sortie (Vin et Vout)
Nous supposons qu'il n'y a pas de charge connectée en parallèle à la branche de drain afin de simplifier les expressions mathématiques. La tension source-grille VGS reçoit la tension d'entrée (Vin) de la borne grille (G). R. S x je D doit fournir la chute de tension aux bornes du R respectif S résistance. Transconductance (g m ) est le rapport du courant de drain ( I D ) à la tension grille-source ( V GS ) après application d'une tension drain-source constante :
Donc je D = g m ×V GS & la tension d'entrée (V dans ) peut être calculé à partir de V GS :
La tension o/p (V dehors ) dans le circuit ci-dessus est :
Gain de tension
Le gain de tension (A DANS ) est le rapport des tensions d'entrée et de sortie. Suite à cette réduction, l’équation deviendra :
Le fait que l'amplificateur MOSFET effectue l'inversion du signal o/p tout comme l'amplificateur BJT CE. Le symbole « - » représente l'inversion. Le déphasage est ainsi de 180° ou rad pour les sorties.
Classification de l'amplificateur MOSFET
Il existe trois types différents d'amplificateurs MOSFET : à grille commune (CG), à source commune (CS) et à drain commun (CD). Chaque type et sa configuration sont détaillés ci-dessous.
Amplification à l'aide de MOSFET de source commune
Dans un amplificateur à source commune, la tension o/p est amplifiée et elle traverse la résistance au niveau de la charge à l'intérieur de la borne de drain (D). Le signal i/p est fourni aux bornes de la porte (G) et de la source (S) dans ce cas. Le terminal source sert de terminal de référence entre l'i/p et l'o/p dans cet arrangement. En raison de son gain élevé et de son potentiel d'amplification du signal, il s'agit d'une configuration particulièrement préférable aux BJT. Vous trouverez ci-dessous un schéma du circuit d’un amplificateur MOSFET à source commune.
La résistance « RD » est la résistance entre le drain (D) et la masse (G). Le modèle hybride π, présenté dans la figure suivante, est utilisé pour représenter ce circuit à petit signal. A partir de ce modèle, le courant produit est représenté par i = g m dans GS . Donc,
Les valeurs des différents paramètres peuvent être estimées à Rin=∞, V je =V eux-mêmes et V GS =V je
Ainsi, le gain en tension en circuit ouvert est :
Un circuit linéaire alimenté par une source peut être remplacé par son équivalent Thevenin ou Norton. L'équivalence de Norton peut être utilisée pour modifier la partie de sortie du circuit à partir du circuit à petit signal. L'équivalent Norton est plus pratique dans cette situation. Avec l'équivalence supposée, le gain de tension G DANS peut être modifié comme suit :
Les amplificateurs MOSFET à source commune ont une impédance d'entrée/sortie infinie, une résistance marche/arrêt élevée et un gain de tension élevé.
Amplificateur à porte commune (CG)
Les amplificateurs à porte commune (CG) sont souvent utilisés comme amplificateurs de courant ou de tension. La borne source (S) du transistor fonctionne comme entrée dans l'arrangement CG, tandis que la borne drain sert de sortie et la borne de grille est reliée à la masse (G). Le même agencement d'amplificateur de porte est souvent utilisé pour créer une forte isolation entre l'entrée et la sortie afin de réduire l'impédance d'entrée ou d'éviter les oscillations. Les modèles à petit signal et en T du circuit équivalent d'amplificateur à porte commune sont présentés ci-dessous. Le courant de grille dans le modèle « T » est toujours nul.
Si « Vgs » est une tension appliquée et que le courant à la source est représenté par « V » GS x g m ', alors:
Ici, l'amplificateur à porte commune a une résistance d'entrée réduite représentée par R dans = 1/g m . La valeur de la résistance d'entrée est généralement de quelques centaines d'ohms. La tension o/p est donnée comme suit :
Où:
Par conséquent, la tension en circuit ouvert peut être représentée par :
Comme la résistance de sortie du circuit est R Ô = R D , le gain de l'amplificateur souffre de la faible impédance i/p. Par conséquent, en utilisant la formule du diviseur de tension :
Parce que 'R eux-mêmes ’ est souvent supérieur à 1/g m , le V je ’ est atténué par rapport à V eux-mêmes . Le gain de tension approprié est obtenu lorsqu'une résistance de charge « RL » est connectée à l'o/p. Le gain en tension est donc représenté par :
Amplificateur de drain commun
Un amplificateur à drain commun (CD) est un amplificateur dans lequel la borne source reçoit le signal de sortie et la borne de grille reçoit le signal d'entrée tandis que la borne de drain (D) est laissée ouverte. De petites charges o/p sont fréquemment pilotées en utilisant cet amplificateur CD comme circuit tampon de tension. Cette configuration offre une impédance sortie/sortie très faible et une impédance entrée/sortie extrêmement élevée.
Le circuit équivalent de l’amplificateur à drain commun pour les petits signaux et le modèle T est affiché ci-dessous. La source d'entrée i/p dans ce circuit peut être identifiée par la tension équivalente d'une résistance (R eux-mêmes ) et un Thévenin (V eux-mêmes ). Une résistance de charge (RL) se connecte à la sortie entre la borne source (S) et la borne de terre (G).
Depuis le je g est nul, Rin = ∞ Le diviseur de tension pour la tension aux bornes peut être exprimé comme suit :
En utilisant l'équivalent de Thevenin, le gain de tension global s'avère similaire à l'expression ci-dessus, qui peut être évaluée en considérant R 0 =1/g m comme:
Depuis R Ô = 1/g m est généralement une valeur assez petite provenant de la grande résistance de charge « RL », le gain est inférieur à l'unité dans ce cas.
Conclusion
La différence entre un ampli ordinaire et un ampli MOSFET réside dans le fait qu'un ampli ordinaire utilise un circuit électronique pour amplifier le signal d'entrée afin de produire un signal de sortie de haute amplitude. Les amplificateurs MOSFET traitent les signaux numériques avec une consommation d'énergie relativement faible par rapport aux BJT.