Schema und Analyse eines Common-Source-MOSFET-Verstärkers

Question

Schema und Analyse eines Common-Source-MOSFET-Verstärkers

Kyle G.

Aus einigen Übungsaufgaben, an denen ich für meine Elektronikprüfung arbeite:

Ein Common-Source (CS)-MOSFET-Verstärker wird vorgespannt $I_D=0.25 mA$ mit einer Stromquelle, die an den Source-Anschluss des MOSFET angeschlossen ist. Der Transistor hat $V_{OV}=0.3V$ , und einen Ablaufwiderstand von $R_D=15 > k\Omega$ an die DC-Versorgung angeschlossen $15V$ . Das Gerät hat $V_A=50V$ . Der Verstärker wird kapazitiv von einer Quelle mit Innenwiderstand gespeist $R_{sig}=100 k\Omega$ , und ein $20 k\Omega$ Die Last ist kapazitiv mit dem Drain des Verstärkers gekoppelt.

(a) Zeichnen Sie den Schaltplan für das Verstärkersystem. (b) Berechnen Sie die Spannungsverstärkung des Systems.

Dies scheint zu implizieren, dass der MOSFET im linearen Modus sein sollte, aber wenn ich die schematischen Dinge zeichne, summieren sich die Dinge einfach nicht:

schematisch

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

In meiner DC-Analyse wird der Strom durch $R1$ muss sein $0.25mA$ daher der Spannungsabfall über $R1$ Ist $0.25mA \times 15k\Omega = 3.75V$ . Aber, und hier glaube ich, vermassele ich es, $V_S = 0V$ Deshalb $V_{DS}=15V - 3.75V = 11.25V$ was vorbei ist $V_{OV}=0.3V$ !

Bedeutet dies nicht, dass sich der MOSFET tatsächlich im Sättigungsmodus befindet?

Ich nehme an, ich habe etwas Grundlegendes entweder vergessen oder bin mir dessen nicht bewusst ... bitte stellen Sie mich richtig.

Daniel

An der Konstantstromquelle kann eine beliebige Spannung abfallen. Es will nur 250 beibehalten

μ

$\mu$ A egal, was sonst noch darüber rumflattert.

Kyle G.

@Daniel, da dachte ich, dass ich falsch liege. Aber falls

V_{G} = 0 V

$V_{G} = 0V$ in der DC-Analyse (wieder korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege), das würde machen

V_{S} = - 0.3 V

$V_S = -0.3V$ , was auch keinen Sinn macht...

Kyle G.

Oder bedeutet dies, dass mein Schaltplan eine Gleichspannungsversorgung mitbringen sollte?

V_{G}

$V_G$ bis zu

V_{S} + 0.3 V = 11.55 V

$V_S + 0.3V = 11.55V$ ?

Daniel

Es sind deine Hausaufgaben, Alter! Ich wollte sagen, dass die Gate-Spannung so, wie Sie sie gezeichnet haben, einfach undefiniert ist, weil es sich um zwei Kondensatoren Rücken an Rücken handelt. Das ist also ziemlich sicher falsch.

Daniel

Und angeblich

V_{o v} = V_{G S} - V_{T h}

$V_{ov}=V_{GS}-V_{Th}$ . Sie müssten also die hinzufügen

V_{T h}

$V_{Th}$ Begriff drin.

Kyle G.

@Daniel hahaha, keine Hausaufgaben, nur lernen. Ja,

V_{T H}

$V_{TH}$ ist auch nicht gegeben ... Ich nehme an, ich kann einfach davon ausgehen, dass es 1 V ist. Ich werde es mit einer an das Gate angeschlossenen Spannungsquelle versuchen und sehen, wie es geht. Danke!

user_1818839

HINWEIS: Die Frage lautet "Der Verstärker wird kapazitiv gespeist ...". Es heißt NICHT "das Gate des MOSFET wird kapazitiv gespeist ...". Ich würde dies als Lizenz zum Hinzufügen von Schaltkreisen zur Definition einer vernünftigen Gate-Spannung nehmen und diese Schaltkreise als Teil "des Verstärkers" definieren. Wie 100 Megaohm (oder eine andere hohe Impedanz) bis (Vth + 2 V), was ein oder zwei Volt über der Stromquelle ergeben sollte.

Antworten (1)

Schema und Analyse eines Common-Source-MOSFET-Verstärkers

An der Konstantstromquelle kann eine beliebige Spannung abfallen. Es will nur 250 beibehalten $\mu$ A egal, was sonst noch darüber rumflattert.
@Daniel, da dachte ich, dass ich falsch liege. Aber falls $V_{G} = 0V$ in der DC-Analyse (wieder korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege), das würde machen $V_S = -0.3V$ , was auch keinen Sinn macht...
Oder bedeutet dies, dass mein Schaltplan eine Gleichspannungsversorgung mitbringen sollte? $V_G$ bis zu $V_S + 0.3V = 11.55V$ ?
Es sind deine Hausaufgaben, Alter! Ich wollte sagen, dass die Gate-Spannung so, wie Sie sie gezeichnet haben, einfach undefiniert ist, weil es sich um zwei Kondensatoren Rücken an Rücken handelt. Das ist also ziemlich sicher falsch.
Und angeblich $V_{ov}=V_{GS}-V_{Th}$ . Sie müssten also die hinzufügen $V_{Th}$ Begriff drin.
@Daniel hahaha, keine Hausaufgaben, nur lernen. Ja, $V_{TH}$ ist auch nicht gegeben ... Ich nehme an, ich kann einfach davon ausgehen, dass es 1 V ist. Ich werde es mit einer an das Gate angeschlossenen Spannungsquelle versuchen und sehen, wie es geht. Danke!
HINWEIS: Die Frage lautet "Der Verstärker wird kapazitiv gespeist ...". Es heißt NICHT "das Gate des MOSFET wird kapazitiv gespeist ...". Ich würde dies als Lizenz zum Hinzufügen von Schaltkreisen zur Definition einer vernünftigen Gate-Spannung nehmen und diese Schaltkreise als Teil "des Verstärkers" definieren. Wie 100 Megaohm (oder eine andere hohe Impedanz) bis (Vth + 2 V), was ein oder zwei Volt über der Stromquelle ergeben sollte.

Tod · Answer 1

Ich sehe nicht die Implikation, dass der MOSFET im linearen Bereich arbeiten sollte. Um den MOSFET als Verstärker zu verwenden, möchten Sie ihn eigentlich so vorspannen, dass er sich im Sättigungsmodus befindet, was für mich den genau entgegengesetzten Fall bedeuten würde.

Diese Frage ist nicht so gemeint, dass du zu einer DC-Lösung kommst. Die Quellspannung des Geräts ist unlösbar und Sie müssen eine Annahme über dessen Betriebsmodus treffen. Wenn Sie versuchen zu sehen, ob sich dieses Gerät garantiert im Sättigungsmodus befindet, indem Sie die bekannte Ungleichung verwenden, $V_{ds} \geq (V_{gs} - V_t)$ , Sie werden erkennen, dass die Drain-Spannung zu sein weiß $11.25V$ , und du kennst die $(V_{gs}-V_{t}) = V_{ov} = 0.3V$ , aber Sie haben keine Ahnung, welchen Wert die Quellenspannung hat. Der einzige Kommentar, den Sie zu den Angaben machen können, ist, dass das Gerät im Sättigungsmodus arbeitet, solange die Quellenspannung nicht auf einen Wert größer als gezwungen wird $10.95 = 11.25 - 0.3$ .

Mit dem, was gegeben ist, können Sie jedoch lösen, was im zweiten Teil der Frage, der AC-Lösung, gefragt ist. Auf die Steilheit des Gerätes kommt man mit an.

G_{M} = \frac{δ {ICH}_{D}}{δ v_{G S}} = \frac{2 {ICH}_{D}}{v_{G S} - v_{T}}

$g_m = \frac{\delta I_d}{\delta V_{gs}} = \frac{2 I_d}{V_{gs}-V_t}$

Und

G_{Ö} = \frac{δ {ICH}_{D}}{δ v_{D S}} = \frac{{ICH}_{D}}{v_{A}}

$g_o = \frac{\delta I_d}{\delta V_{ds}} = \frac{I_d}{V_a}$

Dann geht es darum, das Kleinsignaläquivalent der Schaltung zu zeichnen und die Verstärkung zu berechnen.

Für den ersten Teil würde ich mir nicht die Mühe machen, einen Schaltplan zu zeichnen, der auch bei DC Sinn macht. Zeichnen Sie das Kleinsignaläquivalent und es sollte eine zufriedenstellende Antwort sein, denn darauf zielt die Frage überhaupt nicht ab.

Ein paar Stunden nachdem ich gepostet hatte, bemerkte ich meinen Fehler in Bezug auf: Sättigung vs. linear (zu viel Zeit für BJTs aufgewendet ...). Ihre Antwort füllt noch viele Lücken, vielen Dank! Es war besonders gut zu wissen, dass die Quellspannung nicht gelöst werden kann, jetzt komme ich mir weniger dumm vor, haha.

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Kyle G.

Daniel

Kyle G.

Kyle G.

Daniel

Daniel

Kyle G.

user_1818839

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Tod

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