MOSFET एम्पलीफायर
MOSFET एम्पलीफायर मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर तकनीक पर आधारित है। यह एक प्रकार का इंसुलेटेड-गेट आधारित फ़ील्ड-इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर है। प्रवर्धन कार्यों के लिए उपयोग किए जाने पर फ़ील्ड-प्रभाव ट्रांजिस्टर कम ओ/पी प्रतिबाधा और उच्च आई/पी प्रतिबाधा प्रदान करते हैं।
एन्हांसमेंट MOSFET एम्पलीफायर का सर्किट और संचालन
MOSFET एम्पलीफायर का सर्किट नीचे दिया गया है। गेट, स्रोत और ड्रेन की स्थिति को इंगित करने के लिए इस सर्किट में 'जी,' 'एस,' और 'डी' अक्षरों का उपयोग किया जाता है, जबकि ड्रेन वोल्टेज, ड्रेन करंट और गेट-सोर्स वोल्टेज को वी द्वारा दर्शाया गया है। डी , मैं डी , और वी जी एस .
MOSFETs अक्सर तीन क्षेत्रों, रैखिक/ओमिक, कट-ऑफ और संतृप्ति में काम करते हैं। जब MOSFETs को एम्पलीफायरों के रूप में उपयोग किया जाता है, तो वे इन तीन ऑपरेटिंग क्षेत्रों में से एक के ओमिक ज़ोन में कार्य करते हैं, जहां लागू वोल्टेज बढ़ने पर डिवाइस का समग्र प्रवाह बढ़ जाता है।
MOSFET एम्पलीफायर में, JFET के समान, गेट वोल्टेज में थोड़ा बदलाव के परिणामस्वरूप इसके ड्रेन करंट में महत्वपूर्ण परिवर्तन होगा। परिणामस्वरूप, MOSFET गेट टर्मिनलों पर कमजोर सिग्नल को मजबूत करके एक एम्पलीफायर के रूप में कार्य करता है।
MOSFET एम्पलीफायर का कार्य करना
MOSFET एम्पलीफायर सर्किट ऊपर दिखाए गए सरल सर्किट में एक स्रोत, ड्रेन, लोड रेसिस्टर और कपलिंग कैपेसिटर जोड़कर बनाया जाता है। MOSFET एम्पलीफायर का बायसिंग सर्किट नीचे दिया गया है:
एक वोल्टेज डिवाइडर उपरोक्त बायसिंग सर्किट का निर्माण घटक है, और इसका प्राथमिक काम एक ट्रांजिस्टर को एक दिशा में बायस करना है। इसलिए, यह बायसिंग तकनीक है जिसका उपयोग ट्रांजिस्टर सबसे अधिक बायस्ड सर्किट में करते हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए कि वोल्टेज को उचित स्तर पर MOSFET में विभाजित और वितरित किया जाता है, दो प्रतिरोधकों का उपयोग किया जाता है। दो समानांतर प्रतिरोधक, आर 1 और आर 2 , बायस वोल्टेज वितरित करने के लिए उपयोग किया जाता है। उपरोक्त सर्किट में बायसिंग डीसी वोल्टेज डिवाइडर को एसी सिग्नल से परिरक्षित किया गया है जिसे सी द्वारा आगे बढ़ाया जाएगा 1 और सी 2 युग्मन कैपेसिटर की जोड़ी। आरएल अवरोधक के रूप में लोड आउटपुट प्राप्त करता है। पक्षपाती वोल्टेज द्वारा दिया गया है:
आर 1 और आर 2 इस मामले में एम्पलीफायर के इनपुट प्रतिबाधा को बढ़ाने और ओमिक बिजली हानि को सीमित करने के लिए मान आमतौर पर उच्च होते हैं।
इनपुट और आउटपुट वोल्टेज (विन और वाउट)
हम मानते हैं कि गणितीय अभिव्यक्तियों को सरल बनाने के लिए नाली शाखा के समानांतर कोई लोड नहीं जुड़ा है। स्रोत-गेट वोल्टेज वीजीएस, गेट (जी) टर्मिनल से इनपुट वोल्टेज (विन) प्राप्त करता है। आर एस एक्स मैं डी संबंधित आर पर वोल्टेज ड्रॉप प्रदान करेगा एस अवरोधक. ट्रांसकंडक्टेंस (जी एम ) नाली धारा का अनुपात है ( I डी ) गेट-सोर्स वोल्टेज (वी जी एस ) निरंतर नाली-स्रोत वोल्टेज लागू होने के बाद:
इसलिए मैं डी = जी एम ×वी जी एस और इनपुट वोल्टेज (वी में ) की गणना V से की जा सकती है जी एस :
ओ/पी वोल्टेज (वी बाहर ) उपरोक्त सर्किट में है:
वोल्टेज बढ़ना
वोल्टेज लाभ (ए में ) इनपुट और आउटपुट वोल्टेज का अनुपात है। उस कमी के बाद, समीकरण बन जाएगा:
तथ्य यह है कि MOSFET एम्पलीफायर BJT CE एम्पलीफायर की तरह ही o/p सिग्नल का व्युत्क्रमण करता है। प्रतीक '-' व्युत्क्रम को दर्शाता है। इस प्रकार आउटपुट के लिए चरण बदलाव 180° या रेड है।
MOSFET एम्पलीफायर का वर्गीकरण
MOSFET एम्पलीफायर तीन अलग-अलग प्रकार के होते हैं: कॉमन गेट (CG), कॉमन सोर्स (CS), और कॉमन ड्रेन (CD)। प्रत्येक प्रकार और उसके विन्यास का विवरण नीचे दिया गया है।
सामान्य स्रोत MOSFETs का उपयोग करके प्रवर्धन
एक सामान्य स्रोत एम्पलीफायर में, ओ/पी वोल्टेज को बढ़ाया जाता है, और यह ड्रेन (डी) टर्मिनल के अंदर लोड पर अवरोधक तक पहुंचता है। इस मामले में आई/पी सिग्नल गेट (जी) और सोर्स (एस) दोनों टर्मिनलों पर प्रदान किया जाता है। इस व्यवस्था में स्रोत टर्मिनल i/p और o/p के बीच एक संदर्भ टर्मिनल के रूप में कार्य करता है। इसके उच्च लाभ और अधिक सिग्नल प्रवर्धन की क्षमता के कारण, यह BJTs के लिए विशेष रूप से बेहतर कॉन्फ़िगरेशन है। नीचे एक सामान्य स्रोत MOSFET एम्पलीफायर के सर्किट का आरेख है।
'आरडी' अवरोधक नाली (डी) और जमीन (जी) के बीच का प्रतिरोध है। हाइब्रिड π मॉडल, जो अगले चित्र में दिखाया गया है, का उपयोग इस छोटे-सिग्नल सर्किट को दर्शाने के लिए किया जाता है। इस मॉडल से, उत्पादित धारा को i = g द्वारा दर्शाया जाता है एम में जी . इसलिए,
विभिन्न मापदंडों के मानों का अनुमान Rin=∞, V लगाया जा सकता है मैं =वी खुद और वी जी =वी मैं
इस प्रकार, ओपन-सर्किट वोल्टेज लाभ है:
किसी स्रोत द्वारा संचालित रैखिक सर्किट को उसके थेवेनिन या नॉर्टन के समकक्ष से बदला जा सकता है। नॉर्टन की समतुल्यता का उपयोग छोटे-सिग्नल सर्किट से सर्किट के आउटपुट हिस्से को संशोधित करने के लिए किया जा सकता है। इस स्थिति में नॉर्टन समकक्ष अधिक व्यावहारिक है। अनुमानित समतुल्यता के साथ, वोल्टेज लाभ G में इस प्रकार संशोधित किया जा सकता है:
सामान्य स्रोत MOSFET एम्पलीफायरों में अनंत इनपुट/आउटपुट प्रतिबाधा, उच्च ऑन/ऑफ प्रतिरोध और उच्च वोल्टेज लाभ होता है।
कॉमन-गेट एम्पलीफायर (सीजी)
कॉमन-गेट (सीजी) एम्पलीफायरों का उपयोग अक्सर करंट या वोल्टेज एम्पलीफायरों के रूप में किया जाता है। ट्रांजिस्टर का स्रोत टर्मिनल (एस) सीजी व्यवस्था में इनपुट के रूप में कार्य करता है, जबकि ड्रेन टर्मिनल आउटपुट के रूप में कार्य करता है और गेट टर्मिनल जमीन (जी) से जुड़ा होता है। इनपुट प्रतिबाधा को कम करने या दोलन से बचने के लिए इनपुट और आउटपुट के बीच मजबूत अलगाव बनाने के लिए अक्सर समान गेट एम्पलीफायर व्यवस्था का उपयोग किया जाता है। सामान्य-गेट एम्पलीफायर समतुल्य सर्किट के छोटे-सिग्नल और टी मॉडल नीचे दिखाए गए हैं। 'T' मॉडल में गेट करंट हमेशा शून्य होता है।
यदि, 'Vgs' लागू वोल्टेज है और स्रोत पर धारा को 'V' द्वारा दर्शाया जाता है जी एक्स जी एम ', तब:
यहां, सामान्य गेट एम्पलीफायर ने आर के रूप में दर्शाए गए इनपुट प्रतिरोध को कम कर दिया है में = 1/ग्राम एम . इनपुट प्रतिरोध का मान आम तौर पर कुछ सौ ओम होता है। ओ/पी वोल्टेज इस प्रकार दिया गया है:
कहाँ:
इसलिए, ओपन-सर्किट वोल्टेज को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:
चूँकि सर्किट का आउटपुट प्रतिरोध R है हे = आर डी , एम्पलीफायर लाभ कम आई/पी प्रतिबाधा से ग्रस्त है। इसलिए, वोल्टेज विभक्त सूत्र का उपयोग करना:
क्योंकि 'आर खुद 'अक्सर 1/g से अधिक होता है एम , वी मैं 'वी की तुलना में क्षीण हो गया है खुद . उचित वोल्टेज लाभ तब प्राप्त होता है जब एक लोड रेसिस्टर 'आरएल' को ओ/पी से जोड़ा जाता है। वोल्टेज लाभ को इस प्रकार दर्शाया गया है:
सामान्य नाली प्रवर्धक
एक कॉमन-ड्रेन (सीडी) एम्पलीफायर वह है जिसमें स्रोत टर्मिनल आउटपुट सिग्नल प्राप्त करता है, और गेट टर्मिनल इनपुट सिग्नल प्राप्त करता है जबकि ड्रेन (डी) टर्मिनल खुला छोड़ दिया जाता है। वोल्टेज बफर सर्किट के रूप में इस सीडी एम्पलीफायर का उपयोग करके छोटे ओ/पी लोड को अक्सर संचालित किया जाता है। यह कॉन्फ़िगरेशन बहुत कम ओ/पी प्रतिबाधा और अत्यधिक उच्च आई/पी प्रतिबाधा प्रदान करता है।
छोटे सिग्नल और टी मॉडल के लिए सामान्य ड्रेन एम्पलीफायर का समतुल्य सर्किट नीचे प्रदर्शित किया गया है। इस सर्किट में i/p इनपुट स्रोत को एक प्रतिरोधक (R) के समतुल्य वोल्टेज द्वारा पहचाना जा सकता है खुद ) और एक थेवेनिन (वी खुद ). एक लोड रेसिस्टर (आरएल) स्रोत (एस) टर्मिनल और ग्राउंड (जी) टर्मिनल के बीच आउटपुट से जुड़ता है।
मैं के बाद से जी शून्य है, Rin = ∞ टर्मिनल वोल्टेज के लिए वोल्टेज विभक्त को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:
थेवेनिन के समकक्ष का उपयोग करके, समग्र वोल्टेज लाभ उपरोक्त अभिव्यक्ति के समान पाया जाता है, जिसका मूल्यांकन आर पर विचार करते समय किया जा सकता है 0 =1/ग्राम एम जैसा:
चूंकि आर हे = 1/ग्राम एम आम तौर पर बड़े लोड अवरोधक 'आरएल' से काफी छोटा मूल्य होता है, इस मामले में लाभ एकता से छोटा होता है।
निष्कर्ष
एक नियमित amp और MOSFET amp के बीच अंतर यह है कि एक नियमित amp उच्च आयाम के साथ आउटपुट सिग्नल उत्पन्न करने के लिए इनपुट सिग्नल को बढ़ाने के लिए एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट का उपयोग करता है। MOSFET एम्पलीफायर BJT की तुलना में तुलनात्मक रूप से कम बिजली की खपत के साथ डिजिटल सिग्नल को संसाधित करते हैं।