Bộ khuếch đại JFET nguồn chung

Bộ khuếch đại JFET nguồn chung

Bộ khuếch đại JFET nguồn chung sử dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường đường giao nhau làm thiết bị hoạt động chính của nó cung cấp các đặc tính trở kháng đầu vào cao

Các mạch khuếch đại bóng bán dẫn như mạch khuếch đại phát thông thường được chế tạo bằng Bóng bán dẫn lưỡng cực, nhưng các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ cũng có thể được chế tạo bằng Bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Các thiết bị này có lợi thế hơn các bóng bán dẫn lưỡng cực là có trở kháng đầu vào cực cao cùng với đầu ra tiếng ồn thấp nên chúng lý tưởng để sử dụng trong các mạch khuếch đại có tín hiệu đầu vào rất nhỏ.

Thiết kế mạch khuếch đại dựa trên bóng bán dẫn hiệu ứng trường tiếp giáp hoặc “JFET”, (FET kênh N cho hướng dẫn này) hoặc thậm chí là FET silicon oxit kim loại hoặc “MOSFET” chính xác là nguyên tắc giống như đối với mạch bóng bán dẫn lưỡng cực được sử dụng cho mạch khuếch đại Class A mà chúng ta đã xem xét trong hướng dẫn trước.

Đầu tiên, cần phải tìm thấy điểm tĩnh hoặc “điểm Q” phù hợp để có xu hướng chính xác của mạch khuếch đại JFET với cấu hình bộ khuếch đại đơn của Nguồn chung (CS), Nguồn chung (CD) hoặc Nguồn theo dõi (SF) và Cổng chung (CG) có sẵn cho hầu hết các thiết bị FET.

Ba cấu hình bộ khuếch đại JFET này tương ứng với cấu hình bộ phát chung, bộ phát tín hiệu và cấu hình cơ sở chung sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực. Trong hướng dẫn này về bộ khuếch đại FET, chúng ta sẽ xem xét Bộ khuếch đại JFET Nguồn chung phổ biến vì đây là thiết kế bộ khuếch đại JFET được sử dụng rộng rãi nhất.

Xem xét cấu hình mạch Khuếch đại JFET Nguồn chung bên dưới.

Bộ khuếch đại JFET nguồn chung

Mạch khuếch đại bao gồm JFET kênh N, nhưng thiết bị cũng có thể là MOSFET chế độ suy giảm kênh N tương đương vì sơ đồ mạch sẽ giống nhau chỉ là sự thay đổi trong FET, được kết nối trong một cấu hình nguồn chung. Điện áp cổng JFET Vg được phân cực thông qua mạng phân chia tiềm năng được thiết lập bởi các điện trở R1 và R2 và được phân cực để hoạt động trong vùng bão hòa của nó, tương đương với vùng hoạt động của bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực.

Không giống như mạch bóng bán dẫn lưỡng cực, đường giao nhau FET hầu như không có dòng điện cổng đầu vào cho phép cổng được coi như một mạch hở. Sau đó, không cần đường cong đặc tính đầu vào. Chúng ta có thể so sánh JFET với bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực (BJT) trong bảng sau.

So sánh JFET với BJT

Junction FET	Transistor lưỡng cực
Cổng, (G)	Cơ sở, (B)
Xả, (D)	Bộ sưu tập, (C)
Nguồn, (S)	Máy phát, (E)
Cung cấp cổng, (V G  )	Cung cấp cơ sở, (V B  )
Cấp thoát nước, (V DD  )	Cung cấp bộ thu, (V CC  )
Xả hiện tại, (I D  )	Bộ sưu tập hiện tại, (I C  )

Vì JFET kênh N là thiết bị ở chế độ cạn kiệt và thường ở chế độ “BẬT”, điện áp cổng âm đối với nguồn được yêu cầu để điều chế hoặc kiểm soát dòng xả. Điện áp âm này có thể được cung cấp bằng cách phân cực từ điện áp nguồn cấp riêng hoặc bằng cách sắp xếp tự phân cực miễn là dòng điện ổn định chạy qua JFET ngay cả khi không có tín hiệu đầu vào và Vg duy trì phân cực ngược của nguồn cổng pn giao lộ.

Trong ví dụ đơn giản của chúng tôi, xu hướng được cung cấp từ một mạng phân chia tiềm năng cho phép tín hiệu đầu vào tạo ra điện áp rơi tại cổng cũng như tăng điện áp tại cổng với tín hiệu hình sin. Bất kỳ cặp giá trị điện trở phù hợp nào theo đúng tỷ lệ sẽ tạo ra điện áp xu hướng chính xác vì vậy điện áp xu hướng cổng DC Vg được cho là:

Lưu ý rằng phương trình này chỉ xác định tỷ lệ của các điện trở R1 và R2 , nhưng để tận dụng trở kháng đầu vào rất cao của JFET cũng như giảm tiêu hao công suất trong mạch, chúng ta cần làm cho các giá trị điện trở này cao. càng tốt, với các giá trị theo thứ tự từ 1MΩ đến 10MΩ là phổ biến.

Tín hiệu đầu vào, ( Vin ) của bộ khuếch đại JFET nguồn chung được áp dụng giữa đầu cuối Cổng và đường ray 0 vôn, (0v). Với giá trị không đổi của điện áp cổng Vg được áp dụng, JFET hoạt động trong “vùng Ohmic” của nó hoạt động giống như một thiết bị điện trở tuyến tính. Mạch cống có chứa điện trở tải, Rđ . Điện áp đầu ra, Vout được phát triển trên điện trở tải này.

Hiệu suất của bộ khuếch đại JFET nguồn chung có thể được cải thiện bằng cách bổ sung một điện trở, Rs được bao gồm trong dây dẫn nguồn có cùng dòng điện chạy qua điện trở này. Điện trở, R cũng được sử dụng để đặt bộ khuếch đại JFET “Q-point”.

Khi JFET được chuyển sang “BẬT” hoàn toàn, điện áp giảm bằng Rs * Id được phát triển trên điện trở này làm tăng điện thế của cực nguồn trên 0v hoặc mặt đất. Điện áp này giảm trên Rs do dòng xả cung cấp điều kiện phân cực ngược cần thiết trên điện trở cổng, R2 tạo ra phản hồi âm một cách hiệu quả.

Vì vậy, để giữ cho mối nối nguồn cổng được phân cực ngược, điện áp nguồn, Vs cần phải cao hơn điện áp cổng, Vg . Do đó, điện áp nguồn này được cho là:

Sau đó, dòng xả, Id cũng bằng dòng nguồn, là “Không có dòng” đi vào thiết bị đầu cuối Cổng và điều này có thể được đưa ra là:

Mạch xu hướng phân chia tiềm năng này cải thiện tính ổn định của mạch khuếch đại JFET nguồn chung khi được cấp từ một nguồn DC duy nhất so với mạch xu hướng điện áp cố định. Cả điện trở, Rs và tụ điện qua nguồn, Cs về cơ bản đều có chức năng tương tự như điện trở và tụ điện trong mạch khuếch đại bóng bán dẫn lưỡng cực cực phát chung, cụ thể là cung cấp sự ổn định tốt và ngăn chặn việc giảm tổn thất điện áp. Tuy nhiên, cái giá phải trả cho một điện áp cổng tĩnh lặng ổn định là nhiều điện áp cung cấp bị giảm trên Rs .

Giá trị tính bằng farads của tụ điện qua nguồn thường khá cao trên 100uF và sẽ được phân cực. Điều này mang lại cho tụ điện một giá trị trở kháng nhỏ hơn nhiều, nhỏ hơn 10% giá trị truyền dẫn , gm (hệ số chuyển giao đại diện cho độ lợi) của thiết bị. Ở tần số cao, tụ điện đi qua về cơ bản hoạt động như một mạch ngắn và nguồn sẽ được kết nối trực tiếp với đất một cách hiệu quả.

Mạch và đặc điểm cơ bản của Bộ khuếch đại JFET Nguồn chung rất giống với mạch của bộ khuếch đại phát thông thường. Dòng tải DC được xây dựng bằng cách nối hai điểm liên quan đến dòng xả, Id và điện áp nguồn, Vdd nhớ rằng khi Id = 0 : ( Vdd = Vds ) và khi Vds = 0 : ( Id = Vdd / R L ) . Do đó, đường tải là giao điểm của các đường cong tại điểm Q như sau.

Đường cong đặc tính của bộ khuếch đại JFET nguồn chung

Giống như với mạch lưỡng cực phát chung, đường tải DC cho bộ khuếch đại JFET nguồn chung tạo ra một phương trình đường thẳng có gradient được cho là: -1 / (Rd + Rs) và nó đi qua trục Id thẳng đứng tại điểm A bằng Vdd / (Rd + Rs) . Đầu kia của đường dây tải qua trục hoành tại điểm B cách điện áp nguồn bằng Vdd .

Vị trí thực tế của điểm Q trên đường tải DC thường được định vị ở điểm giữa của đường tải (đối với hoạt động loại A) và được xác định bởi giá trị trung bình của Vg được phân cực âm vì JFET là thiết bị chế độ cạn kiệt. Giống như bộ khuếch đại phát chung lưỡng cực, đầu ra của Bộ khuếch đại JFET Nguồn chung là lệch pha 180 o với tín hiệu đầu vào.

Một trong những nhược điểm chính của việc sử dụng JFET chế độ cạn kiệt là chúng cần được phân biệt tiêu cực. Nếu sai lệch này không thành công vì bất kỳ lý do gì, điện áp nguồn cổng có thể tăng và trở nên dương gây ra sự gia tăng dòng điện dẫn đến hỏng điện áp nguồn, Vd .

Ngoài ra, điện trở kênh cao, Rds (bật) của đường giao nhau FET, cùng với dòng xả trạng thái ổn định tĩnh cao làm cho các thiết bị này chạy nóng nên cần phải có thêm bộ tản nhiệt. Tuy nhiên, hầu hết các vấn đề liên quan đến việc sử dụng JFET có thể được giảm thiểu đáng kể bằng cách sử dụng các thiết bị MOSFET ở chế độ nâng cao.

MOSFET's hoặc Metal Oxide Semiconductor FET's có trở kháng đầu vào cao hơn nhiều và điện trở kênh thấp so với JFET tương đương. Ngoài ra, cách sắp xếp xu hướng cho các MOSFET là khác nhau và trừ khi chúng ta phân biệt chúng tích cực cho các thiết bị kênh N và tiêu cực cho các thiết bị kênh P, không có dòng thoát nào sẽ chạy, khi đó chúng ta có một bóng bán dẫn an toàn bị lỗi.

Dòng khuếch đại JFET và Tăng công suất

Trước đây chúng tôi đã nói rằng dòng điện đầu vào, Ig của bộ khuếch đại JFET nguồn chung là rất nhỏ vì trở kháng cổng cực cao, Rg . Do đó, một bộ khuếch đại JFET nguồn chung có tỷ lệ rất tốt giữa các trở kháng đầu vào và đầu ra của nó và đối với bất kỳ lượng dòng điện đầu ra nào, I OUT bộ khuếch đại JFET sẽ có độ lợi dòng rất cao Ai .

Bởi vì nguồn thông thường này, các bộ khuếch đại JFET có giá trị cực kỳ cao như mạch kết hợp trở kháng hoặc được sử dụng như bộ khuếch đại điện áp. Tương tự như vậy, vì: Công suất = Điện áp x Dòng điện, (P = V * I) và điện áp đầu ra thường là vài milivôn hoặc thậm chí vôn, nên công suất đạt được, Ap cũng rất cao.

Trong hướng dẫn tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét xu hướng không chính xác của bộ khuếch đại bóng bán dẫn có thể gây ra Biến dạng đối với tín hiệu đầu ra dưới dạng méo biên độ do cắt và cũng như ảnh hưởng của biến dạng pha và tần số.