Bộ khuếch đại JFET S chung
Bộ khuếch đại JFET S chung sử dụng Transistor hiệu ứng trường tiếp giáp làm thiết bị hoạt động chính cung cấp trở kháng đầu vào cao
Các mạch khuếch đại Transistor như mạch khuếch đại E chung được chế tạo bằng Transistor lưỡng cực, nhưng các mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ cũng có thể được chế tạo bằng Transistor hiệu ứng trường. Các thiết bị này có lợi thế hơn so với các Transistor lưỡng cực là có trở kháng đầu vào cực cao cùng với đầu ra nhiễu thấp khiến chúng trở nên lý tưởng để sử dụng trong các mạch khuếch đại có tín hiệu đầu vào rất nhỏ.
Thiết kế mạch khuếch đại dựa trên Transistor hiệu ứng trường tiếp giáp hoặc “JFET”, (FET kênh N cho hướng dẫn này) hoặc thậm chí là FET silicon oxit kim loại hoặc “MOSFET” chính xác là nguyên tắc giống như đối với mạch Transistor lưỡng cực được sử dụng cho mạch khuếch đại Class A mà chúng ta đã xem xét trong hướng dẫn trước.
Đầu tiên, cần phải tìm ra điểm tĩnh thích hợp hoặc “điểm Q” để có phân cực chính xác của mạch khuếch đại JFET.
Ba cách mắc bộ khuếch đại JFET này tương ứng với cách mắc E chung. Trong hướng dẫn này về bộ khuếch đại FET, chúng ta sẽ xem xét Bộ khuếch đại JFET S chung phổ biến vì đây là thiết kế bộ khuếch đại JFET được sử dụng rộng rãi nhất.
Hãy xem xét cách mắc mạch Khuếch đại JFET S chung bên dưới.
Bộ khuếch đại JFET S chung
Mạch khuếch đại bao gồm JFET kênh N, nhưng cũng có thể là MOSFET kênh N tương đương vì sơ đồ mạch sẽ giống nhau chỉ khác là ở đây là FET. Điện áp cực G JFET Vg được phân cực thông qua bộ chia điện áp được tạo ra bởi các điện trở R1 và R2 và được phân cực để hoạt động trong vùng bão hòa, tương đương với vùng hoạt động của Transistor tiếp giáp lưỡng cực.
Không giống như mạch bán dẫn lưỡng cực, lớp tiếp giáp FET hầu như không sử dụng dòng điện đầu vào tại cực G và không cần đường cong đặc tuyến đầu vào.
Đọc thêm về mạch khuếch đại E chung
So sánh JFET với BJT
Vì JFET kênh N là thiết bị ở chế độ nghèo hay khuyết lập và thường ở chế độ “BẬT”, điện áp cực G phải nhỏ hơn so với cực S là điều kiện để kiểm soát dòng Id. Điện áp này có thể được cung cấp bằng cách phân cực từ điện áp cung cấp điện riêng biệt hoặc bằng cách sắp xếp tự phân cực miễn là dòng điện ổn định chạy qua JFET ngay cả khi không có tín hiệu đầu vào và Vg duy trì phân cực ngược của lớp tiếp giáp PN G-S.
Trong ví dụ đơn giản, điện áp phân cực được cung cấp từ một mạng phân chia điện áp cho phép tín hiệu đầu vào tạo ra điện áp giảm tại cực G cũng như tăng điện áp tại cực G với tín hiệu hình sin. Bất kỳ cặp giá trị điện trở phù hợp nào theo đúng tỷ lệ sẽ tạo ra điện áp phân cực chính xác do đó điện áp phân cực cổng DC Vg được cho là:
Lưu ý rằng phương trình này chỉ xác định tỷ lệ của điện trở R1 và R2 , nhưng để tận dụng trở kháng đầu vào rất cao của JFET cũng như giảm tiêu hao công suất trong mạch, chúng ta cần phải làm cho các giá trị điện trở này cao. càng tốt, với các giá trị theo thứ tự từ 1MΩ đến 10MΩ là phổ biến.
Tín hiệu đầu vào, ( Vin ) của bộ khuếch đại JFET S chung được đặt giữa cực G và 0V. Với giá trị không đổi của điện áp Vg được áp dụng, JFET hoạt động trong “vùng Ohmic” của nó hoạt động giống như một thiết bị điện trở tuyến tính. Cực D có chứa điện trở tải, Rd . Điện áp đầu ra, Vout được lấy ra trên điện trở tải này.
Hiệu quả của bộ khuếch đại JFET S chung có thể được cải thiện bằng cách bổ sung một điện trở, Rs tại cực S có cùng dòng điện chạy qua điện trở này. Điện trở, Rs cũng được sử dụng để đặt điểm Q của bộ khuếch đại JFET .
Khi JFET được chuyển sang “BẬT” hoàn toàn, điện áp giảm bằng Rs * Id rơi trên điện trở này làm tăng điện thế của cực S trên 0V. Điện áp này giảm trên Rs do dòng Id , cung cấp điều kiện phân cực ngược cần thiết trên điện trở cực G, R2 hiệu quả tạo ra phản hồi âm.
Vì vậy, để giữ cho lớp tiếp giáp G-S được phân cực ngược, điện áp Vs cần phải cao hơn điện áp cổng Vg . Do đó, điện áp cực S này được cho là:
Dòng Id cũng bằng dòng điện qua cực S, hay là “Không có dòng điện” đi vào đi vào cực G và điều này có thể được đưa ra là:
Mạch phân cực phân chia điện áp này cải thiện tính ổn định của mạch khuếch đại JFET S chung khi được cấp từ một nguồn DC so với mạch phân cực điện áp cố định. Cả điện trở, R và tụ điện Cs về cơ bản đều có chức năng giống như điện trở cực E và tụ điện trong mạch khuếch đại Transistor lưỡng cực , cụ thể là cung cấp sự ổn định tốt và ngăn chặn việc giảm tổn thất điện áp. Tuy nhiên, cái giá phải trả cho điện áp cực G ổn định là nhiều điện áp cung cấp bị giảm trên Rs .
Giá trị tính bằng farads của tụ điện cực S thường khá cao trên 100uF và sẽ được phân cực. Điều này mang lại cho tụ điện một giá trị trở kháng nhỏ hơn nhiều, nhỏ hơn 10% giá trị gm (hệ số truyền đại diện cho độ lợi) của thiết bị. Ở tần số cao, tụ điện hoạt động cơ bản như một mạch ngắn và S sẽ được kết nối trực tiếp với đất một cách hiệu quả.
Mạch và đặc tính cơ bản của Bộ khuếch đại JFET S chung rất giống với mạch của bộ khuếch đại E chung. Dòng tải DC được xây dựng bằng cách nối hai điểm liên quan đến dòng Id và điện áp Vdd nhớ rằng khi Id = 0 : ( Vdd = Vds ) và khi Vds = 0 : ( Id = Vdd / R L ) . Do đó, đường tải là giao điểm của các đường cong tại điểm Q như sau.
Đường cong đặc tính của bộ khuếch đại JFET S chung
Giống như với mạch transistor E chung, đường tải DC cho bộ khuếch đại JFET S chung tạo ra một phương trình đường thẳng có độ dốc được cho là: -1 / (Rd + Rs) và nó đi qua trục Id thẳng đứng tại điểm A bằng Vdd / (Rd + Rs) . Đầu kia của đường tải qua trục hoành tại điểm B cách điện áp nguồn bằng Vdd .
Vị trí thực tế của điểm Q trên đường tải DC thường được định vị tại điểm giữa của đường tải (đối với class A) và được xác định bởi giá trị trung bình của Vg được phân cực âm vì JFET là thiết bị ở chế độ nghèo. Giống như bộ khuếch đại E chung lưỡng cực, đầu ra của Bộ khuếch đại JFET S chung là lệch pha 180 o với tín hiệu đầu vào.
Một trong những nhược điểm chính của việc sử dụng JFET ở chế độ nghèo là chúng cần được phân cực âm . Nếu phân cực này không thành công vì bất kỳ lý do gì, điện áp GS có thể tăng và trở nên dương gây ra sự gia tăng dòng điện dẫn đến hỏng điện áp Vd .
Ngoài ra, điện trở kênh cao Rds (tiếp giáp DS) cùng với dòng Id trạng thái ổn định tĩnh cao làm cho các thiết bị này chạy nóng nên cần phải có thêm bộ tản nhiệt. Tuy nhiên, hầu hết các vấn đề liên quan đến việc sử dụng JFET có thể được giảm thiểu đáng kể bằng cách sử dụng các thiết bị MOSFET ở chế độ tăng cường.
Đọc và tìm hiểu về Mosfet là gì ?
MOSFET hoặc Metal Oxide Semiconductor có trở kháng đầu vào cao hơn nhiều và điện trở kênh thấp so với JFET tương đương. Ngoài ra, cách phân cực cho các MOSFET là khác nhau.
Dòng khuếch đại JFET và độ lợi công suất
Chúng ta đã nói trước đây rằng dòng điện đầu vào, Ig của bộ khuếch đại JFET S chung là rất nhỏ vì trở kháng cực G cực cao, Rg . Do đó, một bộ khuếch đại JFET S chung có tỷ lệ rất tốt giữa trở kháng đầu vào và đầu ra của nó và đối với bất kỳ lượng dòng điện đầu ra nào, I OUT bộ khuếch đại JFET sẽ có độ lợi dòng rất cao Ai .
Với cách mắc S chung này, các bộ khuếch đại JFET có giá trị cực kỳ cao như mạch kết hợp trở kháng hoặc được sử dụng như bộ khuếch đại điện áp. Tương tự như vậy, vì: Công suất = Điện áp x Dòng điện, (P = V * I) và điện áp đầu ra thường là vài milivôn hoặc thậm chí vôn, nên độ lợi công suất, Ap cũng rất cao.
