مكبر للصوت موسفيت
يعتمد مضخم MOSFET على تقنية أشباه الموصلات المعدنية والأكسيدية. إنه نوع من ترانزستور التأثير الميداني القائم على البوابة المعزولة. توفر الترانزستورات ذات التأثير الميداني ممانعة o/p أقل ومقاومة i/p أعلى عند استخدامها لوظائف التضخيم.
دائرة وتشغيل مكبر للصوت MOSFET
الدائرة الخاصة بمضخم MOSFET موضحة أدناه. تُستخدم الحروف 'G' و'S' و'D' في هذه الدائرة للإشارة إلى مواقع البوابة والمصدر والصرف بينما تم تمثيل جهد الصرف وتيار الصرف وجهد مصدر البوابة بالرمز V د ، أنا د ، و V ع .
تعمل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) غالبًا في ثلاث مناطق، الخطية/الأومية، والقطع، والتشبع. عندما يتم استخدام الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) كمكبرات صوت، فإنها تعمل في المنطقة الأومية لإحدى مناطق التشغيل الثلاث هذه، حيث يزداد تدفق التيار الإجمالي للجهاز مع ارتفاع الجهد المطبق.
في مضخم MOSFET، المشابه لمضخم JFET، سيؤدي التغيير الطفيف في جهد البوابة إلى تغيير كبير في تيار التصريف الخاص به. ونتيجة لذلك، يعمل MOSFET كمضخم من خلال تقوية الإشارة الضعيفة عند أطراف البوابة.
عمل مكبر للصوت MOSFET
يتم إنشاء دائرة مضخم MOSFET عن طريق إضافة مصدر وصرف ومقاوم تحميل ومكثفات اقتران إلى الدائرة الأبسط الموضحة أعلاه. يتم توفير دائرة انحياز مكبر الصوت MOSFET أدناه:
مقسم الجهد هو مكون بناء دائرة الانحياز المذكورة أعلاه، وتتمثل مهمته الأساسية في انحياز الترانزستور في اتجاه واحد. لذلك، هذه هي تقنية التحيز التي تستخدمها الترانزستورات في الدوائر الأكثر شيوعًا. لضمان تقسيم الجهد وتوصيله إلى MOSFET عند المستويات المناسبة، يتم استخدام مقاومتين. مقاومتان متوازيتان R 1 و ر 2 ، تستخدم لتوصيل الفولتية التحيز. يتم حماية مقسم الجهد DC المتحيز في الدائرة المذكورة أعلاه من إشارة التيار المتردد التي سيتم تضخيمها بشكل أكبر بواسطة C 1 و ج 2 زوج من المكثفات اقتران. الحمل كمقاوم RL يستقبل الإخراج. يتم إعطاء الجهد المتحيز بواسطة:
ر 1 و ر 2 عادة ما تكون القيم مرتفعة في هذه الحالة لزيادة مقاومة دخل مكبر الصوت والحد من فقدان الطاقة الأومية.
جهد الإدخال والإخراج (Vin & Vout)
نفترض عدم وجود حمل متصل على التوازي مع فرع التصريف من أجل تبسيط التعبيرات الرياضية. يستقبل جهد بوابة المصدر VGS جهد الدخل (Vin) من محطة البوابة (G). ر س × أنا د يجب أن توفر انخفاض الجهد عبر R المعنية س المقاوم. الموصلية (ز م ) هي نسبة تيار التصريف (I د ) إلى جهد مصدر البوابة (V ع ) بعد تطبيق جهد مصدر التصريف المستمر:
لذا أنا د = ز م × الخامس ع & جهد الدخل (V في ) يمكن حسابها من V ع :
الجهد o/p (V خارج ) في الدائرة أعلاه هو:
كسب الجهد
كسب الجهد (أ في ) هي نسبة الفولتية المدخلة والمخرجة. وبعد هذا التخفيض تصبح المعادلة:
حقيقة أن مكبر الصوت MOSFET يقوم بعكس إشارة o/p تمامًا مثل مكبر الصوت BJT CE. الرمز '-' يمثل الانقلاب. وبالتالي يكون تحول الطور 180 درجة أو راد للمخرجات.
تصنيف مكبر للصوت MOSFET
هناك ثلاثة أنواع مختلفة من مكبرات الصوت MOSFET: البوابة المشتركة (CG)، والمصدر المشترك (CS)، والصرف المشترك (CD). يتم تفصيل كل نوع وتكوينه أدناه.
التضخيم باستخدام MOSFETs المصدر المشترك
في مضخم المصدر المشترك، يتم تضخيم جهد o/p، ويصل عبر المقاوم عند الحمل داخل طرف الصرف (D). يتم توفير إشارة i/p عند كل من طرفي البوابة (G) والمصدر (S) في هذه الحالة. تعمل المحطة المصدر كمحطة مرجعية بين i/p وo/p في هذا الترتيب. نظرًا لكسبها العالي وإمكاناتها لمزيد من تضخيم الإشارة، فإن هذا هو التكوين المفضل بشكل خاص عن BJTs. يوجد أدناه رسم تخطيطي لدائرة مضخم MOSFET ذو المصدر المشترك.
المقاومة 'RD' هي المقاومة بين المصرف (D) والأرضي (G). يتم استخدام نموذج π الهجين، الذي يظهر في الشكل التالي، لتمثيل دائرة الإشارة الصغيرة هذه. من هذا النموذج، يتم تمثيل التيار الناتج بواسطة i = g م في ع . لذلك،
يمكن تقدير قيم المعلمات المختلفة لتكون Rin=∞, V أنا =V أنفسهم و V ع =V أنا
وبالتالي فإن كسب جهد الدائرة المفتوحة هو:
يمكن استبدال الدائرة الخطية التي يتم تشغيلها بواسطة مصدر ما بما يعادلها من Thevenin أو Norton. يمكن استخدام معادلة نورتون لتعديل جزء إخراج الدائرة من دائرة الإشارة الصغيرة. يعتبر معادل Norton أكثر عملية في هذه الحالة. مع التكافؤ المفترض، كسب الجهد G في يمكن تعديلها على النحو التالي:
تتمتع مكبرات الصوت MOSFET ذات المصدر المشترك بممانعة إدخال/إخراج لا نهائية، ومقاومة عالية للتشغيل/الإيقاف، وكسب جهد عالي.
مضخم البوابة المشتركة (CG)
غالبًا ما تُستخدم مضخمات البوابة المشتركة (CG) كمضخمات للتيار أو للجهد. تعمل محطة مصدر الترانزستور (S) كمدخل في ترتيب CG، في حين تعمل محطة الصرف كمخرج وترتبط محطة البوابة بالأرض (G). غالبًا ما يتم استخدام نفس ترتيب مضخم البوابة لإنشاء عزل قوي بين الإدخال والإخراج لتقليل مقاومة الإدخال أو تجنب التذبذب. يتم عرض نماذج الإشارة الصغيرة و T للدائرة المكافئة لمضخم البوابة المشتركة أدناه. تيار البوابة في النموذج 'T' يكون دائمًا صفرًا.
إذا كان 'Vgs' هو الجهد المطبق ويتم تمثيل التيار عند المصدر بـ 'V'. ع س ز م '، ثم:
هنا، قام مضخم البوابة المشترك بتقليل مقاومة الإدخال الممثلة بالرمز R في = 1/ز م . تبلغ قيمة مقاومة الإدخال عمومًا بضع مئات من الأوم. يتم إعطاء الجهد o/p على النحو التالي:
أين:
لذلك، يمكن تمثيل جهد الدائرة المفتوحة على النحو التالي:
حيث أن مقاومة الخرج للدائرة هي R يا = ر د ، يعاني كسب مكبر الصوت من انخفاض مقاومة i/p. ولذلك، باستخدام صيغة مقسم الجهد:
لأن 'ر أنفسهم غالبًا ما يكون أكبر من 1/جم م ، الخامس أنا ' يتم تخفيفه بالمقارنة مع V أنفسهم . يتم تحقيق كسب الجهد المناسب عند توصيل مقاومة الحمل 'RL' بـ o/p. وبالتالي يتم تمثيل كسب الجهد على النحو التالي:
مضخم التصريف المشترك
مضخم الصرف المشترك (CD) هو الذي يستقبل فيه طرف المصدر إشارة الخرج، ويستقبل طرف البوابة إشارة الدخل بينما يُترك طرف الصرف (D) مفتوحًا. يتم تشغيل أحمال o/p الصغيرة بشكل متكرر باستخدام مضخم الأقراص المضغوطة هذا كدائرة عازلة للجهد. يوفر هذا التكوين مقاومة منخفضة للغاية لـ o/p ومقاومة i/p عالية للغاية.
يتم عرض الدائرة المكافئة لمضخم التصريف المشترك للإشارات الصغيرة والنموذج T أدناه. يمكن التعرف على مصدر دخل i/p في هذه الدائرة من خلال الجهد المكافئ للمقاوم (R أنفسهم ) وثيفينين (V أنفسهم ). يتصل مقاوم الحمل (RL) بالخرج بين محطة المصدر (S) والمحطة الأرضية (G).
منذ أنا ز تساوي صفر، Rin = ∞ يمكن التعبير عن مقسم الجهد للجهد الطرفي على النحو التالي:
باستخدام مكافئ Thevenin، تم العثور على كسب الجهد الإجمالي مشابهًا للتعبير أعلاه، والذي يمكن تقييمه مع الأخذ في الاعتبار R 0 =1/ز م مثل:
منذ ر يا = 1/ز م بشكل عام، تكون قيمة صغيرة جدًا من مقاومة الحمل الكبيرة 'RL'، ويكون الكسب أصغر من الوحدة في هذه الحالة.
خاتمة
الفرق بين الأمبير العادي ومضخم MOSFET هو أن الأمبير العادي يستخدم دائرة إلكترونية لتضخيم إشارة الدخل لإنتاج إشارة خرج ذات سعة عالية. تقوم مكبرات الصوت MOSFET بمعالجة الإشارات الرقمية مع استهلاك طاقة قليل نسبيًا مقارنة بمضخمات BJT.