Общий источник - Common source

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

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

В электроника, а общий источник усилитель мощности является одним из трех основных одноступенчатых полевой транзистор (FET) топологии усилителя, обычно используемые в качестве напряжение или крутизна усилитель мощности. Самый простой способ узнать, является ли полевой транзистор общим источником, общий сток, или же общие ворота состоит в том, чтобы 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. (Видеть классификация усилителей ). В качестве усилителя 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 Закон Ома. Однако выходное сопротивление полевого транзистора обычно недостаточно велико для разумного усилителя крутизны (идеально бесконечный ), ни достаточно низким для приличного усилителя напряжения (в идеале ноль ). Еще один серьезный недостаток - ограниченная высокочастотная характеристика усилителя. Поэтому на практике выход часто направляется через повторитель напряжения (общий сток или этап CD), или текущий последователь (общие ворота или каскад CG), чтобы получить более благоприятные выходные и частотные характеристики. Комбинация CS – CG называется каскод усилитель мощности.

Характеристики

На низких частотах и ​​с использованием упрощенного гибридная пи модель (где выходное сопротивление из-за модуляции длины канала не учитывается), следующий замкнутый контур слабосигнальный характеристики могут быть получены.

	Определение	Выражение
Текущая прибыль	${\displaystyle A_{\text{i}}\triangleq {\frac {i_{\text{out}}}{i_{\text{in}}}}\,}$	${\displaystyle \infty \,}$
Усиление напряжения	${\displaystyle A_{\text{v}}\triangleq {\frac {v_{\text{out}}}{v_{\text{in}}}}\,}$	${\displaystyle {\begin{matrix}-{\frac {g_{\mathrm {m} }R_{\text{D}}}{1+g_{\mathrm {m} }R_{\text{S}}}}\end{matrix}}\,}$
Входное сопротивление	${\displaystyle r_{\text{in}}\triangleq {\frac {v_{\text{in}}}{i_{\text{in}}}}\,}$	${\displaystyle \infty \,}$
Выходное сопротивление	${\displaystyle r_{\text{out}}\triangleq {\frac {v_{\text{out}}}{i_{\text{out}}}}}$	${\displaystyle R_{\text{D}}\,}$

Пропускная способность

Рисунок 3: Базовый усилитель с общим источником N-канального MOSFET активная нагрузка я_D.

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

Рисунок 5: Схема слабого сигнала для N-канального MOSFET усилителя с общим истоком с использованием теоремы Миллера для определения емкости Миллера C_M.

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

На рисунке 3 показан усилитель с общим истоком MOSFET активная нагрузка. На рисунке 4 показана соответствующая схема слабого сигнала при нагрузочном резисторе р_L добавляется в выходном узле и Водитель Тевенина приложенного напряжения V_А и последовательное сопротивление р_А добавляется во входном узле. Ограничение полосы пропускания в этой цепи связано с соединением паразитная емкость транзистора C_б-г между затвором и стоком и последовательным сопротивлением истока р_А. (Существуют и другие паразитные емкости, но здесь ими пренебрегаем, поскольку они имеют лишь вторичное влияние на пропускную способность.)

С помощью Теорема 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 я_M, который:

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

к току, потребляемому конденсатором со входа C_б-г на рисунке 4, а именно jωC_б-г v_GD. Эти два тока одинаковы, поэтому две схемы имеют одинаковое поведение входа, при условии, что емкость Миллера определяется по формуле:

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

Обычно частотная зависимость коэффициента усиления v_D / v_грамм не важен для частот даже несколько выше угловой частоты усилителя, что означает низкочастотный гибридная пи модель точно для определения v_D / v_грамм. Эта оценка Приближение Миллера^[1] и предоставляет оценку (просто установите нулевые емкости на рис. 5):

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

поэтому емкость Миллера

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

Выигрыш грамм_м (р_О || р_L) большой для больших р_L, поэтому даже небольшая паразитная емкость C_б-г может сильно влиять на частотную характеристику усилителя, и для противодействия этому эффекту используются многие схемы. Один из приемов - добавить общие ворота (текущий-последователь), чтобы сделать каскод схема. Ступень повторителя тока представляет собой очень небольшую нагрузку на ступень с общим источником, а именно входное сопротивление повторителя тока (р_L ≈ 1 / грамм_м ≈ V_ов / (2я_D); видеть общие ворота ). Маленький р_L уменьшает C_M.^[2] Статья о усилитель с общим эмиттером обсуждает другие решения этой проблемы.

Возвращаясь к рисунку 5, напряжение на затворе связано с входным сигналом соотношением деление напряжения в качестве:

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

В пропускная способность (также называемая частотой 3 дБ) - это частота, при которой сигнал падает до 1 / √2 его низкочастотного значения. (В децибелы, дБ (√2) = 3,01 дБ). Снижение до 1 / √2 происходит когда ωC_M р_А = 1, поэтому входной сигнал при этом значении ω (назовите это значение ω_{3 дБ}, сказать) v_грамм = V_А / (1 + j). В величина из (1 + j) = √2. В результате частота 3 дБ ж_{3 дБ} = ω_{3 дБ} / (2π) равно:

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

Если паразитная емкость затвор-исток C_GS входит в анализ, просто параллельно с C_M, так

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

Заметь ж_{3 дБ} становится большим, если сопротивление источника р_А мала, поэтому миллеровское усиление емкости мало влияет на полосу пропускания при малых р_А. Это наблюдение предлагает еще один прием схемы для увеличения пропускной способности: добавить общий сток каскад (повторителя напряжения) между драйвером и каскадом с общим истоком, поэтому сопротивление Тевенина комбинированного драйвера и повторителя напряжения меньше, чем р_А оригинального драйвера.^[3]

Исследование выходной стороны схемы на Рисунке 2 позволяет получить частотную зависимость коэффициента усиления v_D / v_грамм быть найденным, обеспечивая проверку того, что низкочастотная оценка емкости Миллера соответствует частотам ж даже больше, чем ж_{3 дБ}. (См. Статью о расщепление полюсов чтобы увидеть, как обрабатывается выходная сторона схемы.)

Смотрите также

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

Рекомендации

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

внешняя ссылка

• Каскад усилителя с общим источником