12.20 : Tranzystory

W analizie wzmacniacz tranzystorowy MOSFET działa jak wzmacniacz liniowy, gdy działa w obszarze nasycenia. Napięcie bramka-źródło (V_GS) tranzystora MOSFET jest sumą napięcia polaryzacji DC i małego, zmiennego w czasie sygnału wejściowego. Ta kombinacja ustala punkt pracy i moduluje prąd drenu (I_D), który przepływa od drenu do źródła. Kiedy mały sygnał AC jest nałożony na napięcie polaryzacji DC na bramce, chwilowy prąd drenu składa się z trzech części:

• Prąd polaryzacji DC (I_D0) to prąd spoczynkowy bez zastosowanego sygnału.
• Składnik, który zmienia się liniowo wraz z sygnałem wejściowym, jest uwzględniany do celów wzmocnienia.
• Składowa nieliniowa jest funkcją kwadratu sygnału wejściowego i prowadzi do zniekształceń wzmocnionego sygnału wyjściowego.

W przypadku małych sygnałów, gdzie amplituda składowej AC V_GS jest wystarczająco mała, nieliniowa składowa prądu drenu (która obejmuje składniki proporcjonalne do kwadratu sygnału wejściowego) staje się pomijalna. Ignorując te nieliniowe warunki, zachowanie MOSFET można aproksymować liniowo, co znacznie upraszcza analizę.

Transkonduktancja tranzystora MOSFET (g_m) reprezentuje szybkość zmian prądu drenu w odpowiedzi na zmiany V_GS, ocenianą w punkcie polaryzacji, określoną przez:

Gdzie V_GS0 jest napięciem polaryzacji DC.

W liniowym obszarze działania prąd wyjściowy małosygnałowy (i_d ) jest określony wzorem:

Gdzie v_gs jest składową małosygnałową V_GS, wzmocnienie napięciowe (A_V) wzmacniacza wyraża się wzorem:

Gdzie R_L jest rezystancją obciążenia podłączonego do drenu, znak ujemny w równaniu wzmocnienia napięcia wskazuje, że sygnał wyjściowy jest odwrócony w stosunku do sygnału wejściowego.