Общий источник

Эта статья включает в себя список общих ссылок , но он остается в значительной степени непроверенным, поскольку в нем отсутствует достаточное количество соответствующих встроенных ссылок . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью, добавив более точные цитаты. ( Январь 2018 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Рисунок 1: Базовая схема N-канального JFET с общим истоком (без учета деталей смещения ).

Рисунок 2: Базовая схема N-канального JFET с общим истоком с вырождением источника.

В электронике усилитель с общим истоком - это одна из трех основных топологий усилителя на полевых транзисторах (FET), обычно используемых в качестве усилителя напряжения или крутизны . Самый простой способ определить, является ли полевой транзистор общим истоком, общим стоком или общим затвором, - это изучить, где сигнал входит и выходит. Остающийся терминал известен как «общий». В этом примере сигнал входит в затвор и выходит из стока. Единственный оставшийся терминал - это источник. Это схема на полевом транзисторе с общим истоком. Аналогичный биполярный переходной транзистор Схема может рассматриваться как усилитель крутизны или как усилитель напряжения. (См. Классификацию усилителей ). В усилителе крутизны входное напряжение рассматривается как модуляция тока, идущего к нагрузке. В качестве усилителя напряжения входное напряжение модулирует ток, протекающий через полевой транзистор, изменяя напряжение на выходном сопротивлении в соответствии с законом Ома . Однако выходное сопротивление полевого транзистора обычно недостаточно велико для усилителя с разумной крутизной (в идеале бесконечное ) и недостаточно мало для приличного усилителя напряжения (в идеале нулевое ). Еще один серьезный недостаток - ограниченная высокочастотная характеристика усилителя. Поэтому на практике выход часто направляется через повторитель напряжения (каскад с общим стоком или CD) или токовый повторитель ( каскад с общим затвором или CG) для получения более благоприятных выходных и частотных характеристик. Комбинация CS – CG называется каскодным усилителем.

Характеристики [ править ]

На низких частотах и с использованием упрощенной модели гибридного пи (где не учитывается выходное сопротивление из-за модуляции длины канала) можно получить следующие характеристики малого сигнала с обратной связью .

	Определение	Выражение
Текущий прирост	${\ Displaystyle А _ {\ текст {я}} \ треугольник {\ гидроразрыва {я _ {\ текст {выход}}} {я _ {\ текст {в}}}} \,}$	${\ displaystyle \ infty \,}$
Усиление напряжения	${\ displaystyle A _ {\ text {v}} \ треугольникq {\ frac {v _ {\ text {out}}} {v _ {\ text {in}}}} \,}$	${\begin{matrix}-{\frac {g_{\mathrm {m} }R_{\text{D}}}{1+g_{\mathrm {m} }R_{\text{S}}}}\end{matrix}}\,$
Входное сопротивление	$r_{\text{in}}\triangleq {\frac {v_{\text{in}}}{i_{\text{in}}}}\,$	$\infty \,$
Выходное сопротивление	$r_{\text{out}}\triangleq {\frac {v_{\text{out}}}{i_{\text{out}}}}$	$R_{\text{D}}\,$

Пропускная способность [ править ]

Рисунок 3: Базовый N-канальный МОП - транзистор с общим источником усилитель с активной нагрузкой I _D .

Рисунок 4: Схема слабого сигнала для усилителя с общим источником N-канального МОП-транзистора.

Рисунок 5: Схема Малого-сигнал для N-канального МОП - транзистор общего источника-усилителя с помощью теоремы Миллера ввести Миллер емкости C _M .

Полоса пропускания усилителя с общим источником имеет тенденцию быть низкой из-за высокой емкости в результате эффекта Миллера . Емкость затвор-сток эффективно умножается на коэффициент , таким образом увеличивая общую входную емкость и уменьшая общую полосу пропускания. $1+|A_{\text{v}}|\,$

На рисунке 3 показан усилитель с общим источником на полевых МОП-транзисторах с активной нагрузкой . На рисунке 4 показана соответствующая схема слабого сигнала, когда нагрузочный резистор R _L добавлен в выходном узле, а драйвер Тевенина с приложенным напряжением V _A и последовательным сопротивлением R _A добавлен во входном узле. Ограничение на пропускной способности в этой цепи происходит от сочетания паразитной емкости транзистора C _Gd между затвором и стоком и последовательным сопротивлением источника R _A . (Существуют и другие паразитные емкости, но здесь ими пренебрегают, поскольку они оказывают лишь вторичное влияние на пропускную способность.)

Используя теорему Миллера , схема на рис. 4 преобразуется в схему на рис. 5, которая показывает емкость Миллера C _M на входной стороне схемы. Размер C _M определяется путем приравнивания тока во входной цепи на рисунке 5 к емкости Миллера, скажем, i _M , которая составляет:

\ i_{\mathrm {M} }=j\omega C_{\mathrm {M} }v_{\mathrm {GS} }=j\omega C_{\mathrm {M} }v_{\mathrm {G} }

,

к току, потребляемому конденсатором C _gd на рисунке 4, а именно jωC _gd v _GD . Эти два тока одинаковы, поэтому две схемы имеют одинаковое поведение на входе, при условии, что емкость Миллера определяется по формуле:

C_{\mathrm {M} }=C_{\mathrm {gd} }{\frac {v_{\mathrm {GD} }}{v_{\mathrm {GS} }}}=C_{\mathrm {gd} }\left(1-{\frac {v_{\mathrm {D} }}{v_{\mathrm {G} }}}\right)

.

Обычно частотная зависимость коэффициента усиления об _D / v _G не имеет значения для частот даже несколько выше угловой частоты усилителя, что означает низкочастотный гибридная модель пи точна для определения v _D / v _G . Эта оценка является приближением Миллера ^[1] и дает оценку (просто установите емкости равными нулю на рисунке 5):

{\frac {v_{\mathrm {D} }}{v_{\mathrm {G} }}}\approx -g_{\mathrm {m} }(r_{\mathrm {O} }\|R_{\mathrm {L} })

,

поэтому емкость Миллера

C_{\mathrm {M} }=C_{\mathrm {gd} }\left(1+g_{\mathrm {m} }(r_{\mathrm {O} }\|R_{\mathrm {L} })\right)

.

Коэффициент усиления g _m ( r _O || R _L ) велик при большом R _L , поэтому даже небольшая паразитная емкость C _gd может оказать большое влияние на частотную характеристику усилителя, и для противодействия этому эффекту используется множество схемных приемов. . Один из приемов состоит в том, чтобы добавить каскад с общим затвором (токовый повторитель) для создания схемы каскода . Каскад токового повторителя представляет собой нагрузку на каскад с общим источником, которая очень мала, а именно входное сопротивление токового повторителя ( R _L ≈ 1 / g _m ≈ V _ov / (2I _D ); см. общие ворота ). Малый R _L уменьшает C _M . ^[2] В статье об усилителе с общим эмиттером обсуждаются другие решения этой проблемы.

Возвращаясь к рисунку 5, напряжение затвора связано с входным сигналом путем деления напряжения следующим образом:

v_{\mathrm {G} }=V_{\mathrm {A} }{\frac {1/(j\omega C_{\mathrm {M} })}{1/(j\omega C_{\mathrm {M} })+R_{\mathrm {A} }}}=V_{\mathrm {A} }{\frac {1}{1+j\omega C_{\mathrm {M} }R_{\mathrm {A} }}}

.

Полоса пропускания (также называемая частотой 3 дБ) - это частота, на которой сигнал падает до 1 / √ 2 от его низкочастотного значения. (В децибелах дБ ( √ 2 ) = 3,01 дБ). Уменьшение до 1 / √ 2 происходит, когда ωC _M R _A = 1, делая входной сигнал при этом значении ω (назовем это значение ω _{3 дБ} , скажем) v _G = V _A / (1 + j). Величина (1 + j) = √ 2 . В результате частота _{3 дБ}f _{3 дБ} =ω _{3 дБ} / (2π) составляет:

f_{\mathrm {3dB} }={\frac {1}{2\pi R_{\mathrm {A} }C_{\mathrm {M} }}}={\frac {1}{2\pi R_{\mathrm {A} }[C_{\mathrm {gd} }(1+g_{\mathrm {m} }(r_{\mathrm {O} }\|R_{\mathrm {L} })]}}

.

Если паразитная емкость затвор-исток C _gs включена в анализ, она просто параллельна C _M , поэтому

f_{\mathrm {3dB} }={\frac {1}{2\pi R_{\mathrm {A} }(C_{\mathrm {M} }+C_{\mathrm {gs} })}}={\frac {1}{2\pi R_{\mathrm {A} }[C_{\mathrm {gs} }+C_{\mathrm {gd} }(1+g_{\mathrm {m} }(r_{\mathrm {O} }\|R_{\mathrm {L} }))]}}

.

Обратите внимание , что F _{3 дБ} становится большим , если сопротивление источника R мало, поэтому Миллер усиление емкости оказывает незначительное влияние на пропускную способность при малых R _A . Это наблюдение предлагает еще один трюк схемы для увеличения полосы пропускания: добавьте каскад с общим стоком (повторителем напряжения) между драйвером и каскадом с общим истоком, чтобы сопротивление Тевенина комбинированного драйвера и повторителя напряжения было меньше, чем R _A исходного Водитель. ^[3]

Исследование выходной стороны схемы на рисунке 2 позволяет найти частотную зависимость коэффициента усиления v _D / v _G , обеспечивая проверку того, что низкочастотная оценка емкости Миллера адекватна для частот f даже больше, чем f _{3. дБ} . (См. Статью о разделении полюсов, чтобы узнать, как обрабатывается выходная сторона цепи.)

См. Также [ править ]

Эффект Миллера
Расщепление полюсов
Общие ворота
Общий сток
Общая база
Общий эмиттер
Общий коллектор

Ссылки [ править ]

^ Р. Р. Спенсер; MS Ghausi (2003). Введение в проектирование электронных схем . Река Аппер Сэдл, штат Нью-Джерси: Prentice Hall / Pearson Education, Inc. стр. 533. ISBN. 0-201-36183-3.
^ Томас Х. Ли (2004). Конструирование КМОП радиочастотных интегральных схем (Второе изд.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. С. 246–248. ISBN 0-521-83539-9.
^ Томас Х. Ли (2004). С. 251–252 . ISBN 0-521-83539-9.

Внешние ссылки [ править ]

Каскад усилителя с общим источником

[Spencer-1] Р. Р. Спенсер; MS Ghausi (2003). Введение в проектирование электронных схем . Река Аппер Сэдл, штат Нью-Джерси: Prentice Hall / Pearson Education, Inc. стр. 533. ISBN. 0-201-36183-3.

[Lee-2] Томас Х. Ли (2004). Конструирование КМОП радиочастотных интегральных схем (Второе изд.). Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. С. 246–248. ISBN 0-521-83539-9.

[Lee2-3] Томас Х. Ли (2004). С. 251–252 . ISBN 0-521-83539-9.

vтеТранзисторные усилители
	Биполярный переходной транзистор :	Общий эмиттер Общий коллектор Общая база
	Полевой транзистор :	Общий источник Общий сток Общие ворота
	Несколько транзисторов:	Транзистор дарлингтона Дополнительная пара обратной связи Каскод Длиннохвостая пара