Общие ворота

В электронике усилитель с общим затвором — это одна из трех основных топологий усилителя на однокаскадном полевом транзисторе (FET), обычно используемая в качестве тока буфера или напряжения усилителя . В этой схеме исток транзистора служит входом, сток — выходом, а затвор подключен к некоторому напряжению смещения постоянного тока (т. е. к земле переменного тока) или «общему», отсюда и его название.Аналогичная схема на биполярном переходном транзисторе представляет собой усилитель с общей базой .

Приложения

Эта конфигурация используется реже, чем общий источник или повторитель источника . Однако его можно комбинировать с усилителями с общим источником для создания каскадных конфигураций. Это полезно, например, в радиочастотных КМОП-приемниках, особенно при работе вблизи частотных ограничений полевых транзисторов; желательно из-за простоты согласования импеданса и потенциально более низкого уровня шума . Грей и Мейер ^[1] дайте общую ссылку на эту схему.

Низкочастотные характеристики

На низких частотах и в условиях слабого сигнала схема на рисунке 1 может быть представлена схемой на рисунке 2, где гибридная пи-модель используется для MOSFET.

Характеристики усилителя сведены ниже в таблице 1. В приближенных выражениях используются предположения (обычно точные) r _O >> R _L и g _m r _O >> 1.

Таблица 1	Определение	Выражение	Примерное выражение
Коэффициент усиления тока короткого замыкания	${A_{i}}={i_{\mathrm {out} } \over i_{\mathrm {S} }}{\Big \|}_{R_{L}=0}$	$\ 1$	$\ 1$
Коэффициент усиления напряжения холостого хода	${A_{v}}={v_{\mathrm {out} } \over v_{\mathrm {S} }}{\Big \|}_{R_{L}=\infty }$	${\begin{matrix}((g_{m}+g_{mb})r_{\mathrm {O} }+1){\frac {R_{L}}{r_{O}+R_{L}}}\end{matrix}}$	$\ g_{m}R_{L}$
Входное сопротивление	$R_{\mathrm {in} }={\frac {v_{S}}{i_{S}}}$	${{R_{L}+r_{O}} \over {(g_{m}+g_{mb})r_{O}+1}}$	${\begin{matrix}{\frac {1}{g_{m}}}\end{matrix}}$
Выходное сопротивление	$R_{\mathrm {out} }={\frac {v_{x}}{i_{x}}}$	$\ (1+(g_{m}+g_{mb})r_{O})R_{S}+r_{O}$	$(g_{m}r_{O})R_{S}$

В общем, общий коэффициент усиления по напряжению/току может быть существенно меньше, чем коэффициент усиления при разомкнутом/коротком замыкании, указанный выше (в зависимости от сопротивления источника и нагрузки) из-за эффекта нагрузки .

Коэффициент усиления напряжения замкнутой цепи

внимание входную и выходную нагрузку, коэффициент усиления по напряжению замкнутой цепи (то есть коэффициент усиления при подключении нагрузки RL _{Принимая во} и источника с сопротивлением R _S ) общего затвора можно записать как:

{A_{\mathrm {v} }}\approx {\begin{matrix}{\frac {g_{m}R_{\mathrm {L} }}{1+g_{m}R_{S}}}\end{matrix}}

,

который имеет простые предельные формы

A_{\mathrm {v} }={\begin{matrix}{\frac {R_{L}}{R_{S}}}\end{matrix}}\ \ \mathrm {or} \ \ A_{\mathrm {v} }=g_{m}R_{L}

,

в зависимости от того, много ли g _m R _S или много меньше единицы.

В первом случае схема действует как повторитель тока, что понимается следующим образом: при R _S >> 1/ g _m источник напряжения может быть заменен его нортоновским эквивалентом с током Нортона v _Thév / R _S и параллельным сопротивлением Нортона R _S. . Поскольку входное сопротивление усилителя мало, драйвер посредством деления тока ток v _Thév / R _S. подает на усилитель Коэффициент усиления тока равен единице, поэтому тот же ток подается на выходную нагрузку R _L , создавая по закону Ома выходное напряжение v _out = v _Thév R _L / _RS , то есть первую форму коэффициента усиления напряжения, описанную выше.

Во втором случае R _S << 1/ g _m и представление источника Тевенена полезно, создавая вторую форму усиления, типичную для усилителей напряжения.

Поскольку входное сопротивление усилителя с общим затвором очень низкое, каскодный вместо него часто используется усилитель. Каскод помещает усилитель с общим истоком между формирователем напряжения и схемой с общим затвором, чтобы обеспечить усиление напряжения с помощью драйвера с R _S >> 1/g _m .

См. также

Ссылки

^ Пол Р. Грей; Пол Дж. Херст; Стивен Х. Льюис; Роберт Г. Мейер (2001). Анализ и проектирование аналоговых интегральных схем (4-е изд.). Нью-Йорк: Уайли. стр. 186–191. ISBN 0-471-32168-0 .

Внешние ссылки

Внешний интерфейс CMOS 24 ГГц

[Gray-Meyer-1] Пол Р. Грей; Пол Дж. Херст; Стивен Х. Льюис; Роберт Г. Мейер (2001). Анализ и проектирование аналоговых интегральных схем (4-е изд.). Нью-Йорк: Уайли. стр. 186–191. ISBN 0-471-32168-0 .

[1]

v т и Транзисторные усилители
	Биполярный транзистор :	Общий эмиттер Общий коллектор Общая база
	Полевой транзистор :	Общий источник Общий сток Общие ворота
	Несколько транзисторов:	Транзистор Дарлингтона Дополнительная пара обратной связи Каскод Длиннохвостая пара