12.20 : Транзисторы

При анализе малых сигналов усилитель на МОП-транзисторе действует как линейный усилитель, когда работает в области насыщения. Напряжение затвор-исток (V_GS) полевого МОП-транзистора представляет собой сумму напряжения смещения постоянного тока и небольшого изменяющегося во времени входного сигнала. Эта комбинация устанавливает рабочую точку и модулирует ток стока (I_D), который течет от стока к истоку. Когда небольшой сигнал переменного тока накладывается на напряжение смещения постоянного тока на затворе, мгновенный ток стока состоит из трех частей:

• Постоянный ток смещения (I_D0) — это ток покоя без подачи сигнала.
• Компонент, который изменяется линейно в зависимости от входного сигнала, учитывается в целях усиления.
• Нелинейная составляющая является функцией квадрата входного сигнала и приводит к искажению усиленного выходного сигнала.

Для небольших сигналов, где амплитуда переменного компонента V_GS достаточно мала, нелинейная составляющая тока стока (которая включает в себя члены, пропорциональные квадрату входного сигнала) становится незначительной. Игнорируя эти нелинейные факторы, поведение МОП-транзистора можно аппроксимировать линейно, что значительно упрощает анализ.

Крутизна МОП-транзистора (г_м) представляет собой скорость изменения тока стока в ответ на изменения VGS, оцениваемую в точке смещения и определяемую следующим образом:

Где V_GS0 — напряжение смещения постоянного тока.

В линейной области работы выходной ток слабого сигнала (i_d) определяется выражением:

где vgs — составляющая слабого сигнала V_GS, коэффициент усиления по напряжению (A_v) усилителя определяется выражением:

где RL — сопротивление нагрузки, подключенной к стоку, отрицательный знак в уравнении коэффициента усиления напряжения указывает на то, что выходной сигнал инвертирован относительно входного сигнала.