Wspólna brama

Rysunek 1: Podstawowy obwód ze wspólną bramką w kanale N (pomijając szczegóły polaryzacji ); ID _źródło prądowe reprezentuje aktywne obciążenie ; sygnał jest podawany w węźle V _in i wyjście jest pobierane z węzła V _out ; wyjście może być prądowe lub napięciowe

W elektronice wzmacniacz ze wspólną bramką jest jedną z trzech podstawowych topologii jednostopniowego wzmacniacza z tranzystorem polowym ( FET ), zwykle używanym jako bufor prądowy lub wzmacniacz napięciowy . W tym obwodzie zacisk źródłowy tranzystora służy jako wejście, dren jest wyjściem, a bramka jest połączona z masą lub „wspólną”, stąd jej nazwa. Analogiczny tranzystora bipolarnego jest wzmacniaczem ze wspólną bazą .

Aplikacje

Ta konfiguracja jest używana rzadziej niż wspólne źródło lub obserwator źródła . Jest to przydatne na przykład w odbiornikach CMOS RF, zwłaszcza podczas pracy w pobliżu ograniczeń częstotliwości FET; jest to pożądane ze względu na łatwość dopasowania impedancji i potencjalnie niższy poziom szumów . Gray i Meyer podają ogólne odniesienie do tego obwodu.

Charakterystyki niskoczęstotliwościowe

Hybrydowy model pi o małej częstotliwości i małej częstotliwości dla wzmacniacza sterowanego przez źródło sygnału Norton

Przy niskich częstotliwościach iw warunkach małego sygnału obwód na rysunku 1 może być reprezentowany przez obwód na rysunku 2, gdzie zastosowano hybrydowy model pi dla tranzystora MOSFET.

Rysunek 3: Hybrydowy model pi ze źródłem testowym i _x na wyjściu w celu znalezienia rezystancji wyjściowej

Charakterystykę wzmacniacza podsumowano poniżej w tabeli 1. Przybliżone wyrażenia wykorzystują założenia (zwykle trafne) r _O >> R _L i g _m r _O >> 1.

Tabela 1	Definicja	Wyrażenie	Przybliżone wyrażenie
Wzmocnienie prądu zwarciowego	${\ Displaystyle {A_ {i}} = {i _ {\ operatorname {na zewnątrz}} \ nad i _ {\ operatorname {S}}} {\ Duży |} _ {R_ {L} = 0}}$	${\ Displaystyle \ 1}$	${\ Displaystyle \ 1}$
Wzmocnienie napięcia w obwodzie otwartym	${\ Displaystyle {A_ {v}} = {v _ {\ operatorname {na zewnątrz}} \ ponad v _ {\ operatorname {S}}} {\ Duży |} _ {R_ {L} = \ infty}}$	${\ Displaystyle {\ rozpocząć {macierz} ((g_ {m} + g_ {mb}) r_ {\ operatorname {O}} +1){\frac {R_{L}}{r_{O}+R_{L}}}\end{macierz}}}$	${\ Displaystyle \ g_ {m} R_ {L}}$
Rezystancja wejściowa	${\ Displaystyle R _ {\ operatorname {w}} = {\ Frac {v_ {S}} {i_ {S}}}}$	${\ Displaystyle {{R_ {L} + r_ {O}} \ ponad {(g_ {m} + g_ {mb}) r_ {O} +1}}}$	${\ Displaystyle {\ rozpocząć {macierz} {\ Frac {1} {g_ {m}}} \ koniec {macierz}}}$
Rezystancja wyjściowa	${\ Displaystyle R _ {\ operatorname {na zewnątrz}} = {\ Frac {v_ {x}} {i_ {x}}}}$	${\ Displaystyle \ (1 + (g_ {m} + g_ {mb}) r_ {O}) R_ {S} + r_ {O }}$	${\ Displaystyle (g_ {m} r_ {O}) R_ {S}}$

Ogólnie rzecz biorąc, całkowite wzmocnienie napięcia/prądu może być znacznie mniejsze niż wymienione powyżej wzmocnienia obwodu otwartego/zwarcia (w zależności od rezystancji źródła i obciążenia) ze względu na efekt obciążenia .

Wzmocnienie napięcia w obwodzie zamkniętym

Biorąc pod uwagę obciążenie wejściowe i wyjściowe, wzmocnienie napięciowe obwodu zamkniętego (czyli wzmocnienie z obciążeniem R _L i podłączonym źródłem o rezystancji R _S ) wspólnej bramki można zapisać jako:

${\ Displaystyle {A _ {\ operatorname {v}}} \ około {\ rozpocząć {macierz} {\ Frac {g_ {m} R _ {\ operatorname {L}} }{1+g_{m}R_{S}}}\end{macierz}}}$ ,

który ma proste ograniczające formy

${\ Displaystyle A _ {\ operatorname {v}} = {\ rozpocząć {macierz} {\ Frac {R_ {L}} {R_ {S}}} \end{macierz}}\ \ \mathrm {lub} \ \ A_{\mathrm {v} }=g_{m}R_{L}}$ ,

w zależności od tego, czy g mRS jest _{znacznie większe, czy znacznie} mniejsze niż jeden.

W pierwszym przypadku obwód działa jak wtórnik prądowy, rozumiany następująco: dla R _S >> 1/ g _m źródło napięcia można zastąpić jego odpowiednikiem Nortona z prądem Nortona v _Thév / R _S i równoległą rezystancją Nortona R _S . Ponieważ rezystancja wejściowa wzmacniacza jest mała, sterownik dostarcza do wzmacniacza prąd v _Thév / R _{S przez} podział prądu . Wzmocnienie prądowe jest równe jedności, więc ten sam prąd jest dostarczany do obciążenia wyjściowego R _L , wytwarzając zgodnie z prawem Ohma napięcie wyjściowe v _out = v _Thév R _L / R _S , czyli pierwszą postać powyższego wzmocnienia napięcia.

W drugim przypadku R _S << 1/ g _m i reprezentacja źródła Thévenina jest przydatna, dając drugą postać wzmocnienia, typową dla wzmacniaczy napięciowych.

Ponieważ impedancja wejściowa wzmacniacza ze wspólną bramką jest bardzo niska, zamiast tego często używany jest wzmacniacz kaskodowy . Kaskod umieszcza wzmacniacz ze wspólnym źródłem _między RS >> 1/ _gm sterownikiem napięcia a obwodem wspólnej bramki, aby umożliwić wzmocnienie napięcia za pomocą sterownika z .

Zobacz też

• Elektroniczne zmienne wzmacniacza
• Sieci dwuportowe
• Wspólny odpływ
• Zasilanie główne
• Wspólna baza
• Wspólny emiter
• Zwykły kolekcjoner

Linki zewnętrzne

• Front-end CMOS 24 GHz