Warum kann ein MOSFET als Verstärker verwendet werden?

Dies ist eine grundlegende Frage, die ich nur schwer beantworten kann, nachdem ich mich mit dem MOSFET vertraut gemacht und verschiedene Schaltungen mit MOSFETs analysiert habe.

Was ermöglicht es in Bezug auf GDS-Kanäle, einen MOSFET als Verstärker zu verwenden?

ich weiß, dass

  1. Die Transkonduktanz bezieht den Ausgangsstrom auf die Eingangsspannung.
  2. Die Spannungsverstärkung eines MOSFET ist direkt proportional zur Transkonduktanz und zum Wert des Drain-Widerstands.
  3. Beim allmählichen Erhöhen der positiven Gate-Source-Spannung VGS beginnt der Feldeffekt, die Leitfähigkeit der Kanalbereiche zu erhöhen, und es wird ein Punkt erreicht, an dem der Kanal zu leiten beginnt.
  4. Wir können steuern, wie der MOSFET arbeitet, indem wir seinen leitenden Kanal zwischen den Source- und Drain-Bereichen „verbessern“ .

Ich bin jedoch nicht in der Lage, eine logische Analyse darüber zu erstellen, was wirklich in den Gate-, Drain- und Source-Kanälen vor sich geht, damit ein MOSFET als Verstärker verwendet werden kann.

Sagen Sie tatsächlich, dass Sie nicht wissen, wie ein MOSFET auf physikalischer Ebene funktioniert, oder sagen Sie etwas anderes? Ich frage, weil Sie anfangs die richtigen Geräusche zu machen scheinen, aber dann etwas anderes sagen.
Dein Punkt 3 macht wenig Sinn für einen Verstärker. In einem Verstärker die v G S so variiert, dass der Ausgangsstrom um einen bestimmten Mittelwert variiert. Der Punkt, an dem kein Kanal vorhanden ist, ist also für einen Verstärker irrelevant. Das ist nur relevant, wenn ein MOSFET als Schalter verwendet wird .
Ja, ich habe das Gefühl, ein schlechtes Verständnis dafür zu haben, wie ein MOSFET auf physikalischer Ebene grundsätzlich funktioniert und was vor sich geht, damit dieses Gerät als Verstärker fungieren kann.
Beachten Sie auch, dass der MOSFET selbst nicht als Verstärker arbeiten kann. Es muss sich in einem Schaltkreis befinden und auf eine bestimmte Weise vorgespannt sein , damit eine Verstärkung stattfinden kann. Zu verstehen, wie der MOSFET als Verstärker funktioniert, bedeutet also auch zu verstehen, wie er in einer Schaltung funktioniert.
Es benötigt auch eine Stromversorgung - es verstärkt nicht auf magische Weise ein schwaches Signal zu einem starken Signal - das starke Signal wird letztendlich von der Stromversorgung bezogen, und der MOSFET steuert lediglich, wie Energie von dieser Stromversorgung entnommen und an a geliefert wird Belastung.
@Bimpelrekkie, danke für die Klarstellung. Mir ist klar, dass der MOSFET auf eine bestimmte Weise vorgespannt werden muss und dass wir steuern können, wie der MOSFET arbeitet, indem wir seinen leitenden Kanal zwischen den Source- und Drain-Bereichen „verbessern“, aber ich verstehe noch nicht, ob dies der Hauptgrund für das Signal ist Verstärkung.
"Ich verstehe noch nicht, ob dies der Hauptgrund für die Signalverstärkung ist." Ja, die Gate-Spannung moduliert den Kanal und gibt Ihnen Transkonduktanz. Die Steilheit multipliziert mit der Drain-Impedanz ergibt eine Spannung. das führt zu einer Änderung der Ausgangsspannung bei einer Änderung der Eingangsspannung. Wenn der Verstärker richtig ausgelegt ist, ist das Ausgangsdelta größer als das Eingangsdelta und Sie haben eine Spannungsverstärkung.
Es wird interessant sein , linear betriebene , diskrete Klasse-AB-Leistungsendstufendesigns mit MOSFETs zu sehen. Sie können gemacht werden. Es wird einfach nicht viel gesehen. Normalerweise sind sie stattdessen in Klasse-D-Stufen zu finden. Wenn jemand eine gut gestaltete diskrete lineare Klasse-AB-Version zeigen kann, würde ich es begrüßen, sie zu sehen.
@jonk Ich denke nicht, dass sie in dieser Konfiguration sehr nützlich sind, es sei denn, Gate-Spannungen dürfen über die Schienen hinausgeführt werden, um einen angemessenen Wirkungsgrad zu erzielen.
@Andyaka Ich bin mir nicht ganz sicher, welche Frage das OP stellt, nehme ich an. Ihre Antwort zeigt den üblichen Load-Line-Ansatz, den ich zuerst bei Vakuumröhrenverstärkern verwendet habe. Es ist die Art von Dingen, mit denen man sich für den üblichen Klasse-D-Mosfet-Betrieb nicht beschäftigt, da Klasse-D nicht von einem Lastleitungsdesign abhängt (jedenfalls nach meinem begrenzten Verständnis). Ich denke, ich bin verwirrt Sehen Sie eine Frage, die sich auf den linearen Betrieb beziehen könnte, und einen Lastlinien-Antwortansatz, der für den linearen Betrieb geeignet wäre (gut). Aber über ein Gerät, das nicht oft auf diese Weise betrieben wird. Egal, mir geht es gut. Nur lesen.
@jonk Ich denke, er brauchte nur seine Hand, die ein ausgearbeitetes Beispiel durchhielt. Es könnte auch für einen BJT gelten, nehme ich an.

Antworten (1)

Betrachten Sie dieses zufällige Bild einer MOSFET-Charakteristik, das ich aus dem Internet genommen habe: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Dies ist die grundlegende Eigenschaft eines MOSFET, der in einer sehr einfachen Schaltung wie dieser verwendet wird: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sie stellen eine Gate-Source-Spannung ( v G S ) und zeichnen Sie auf, wie hoch der Drain-Strom für verschiedene Werte von ist v D S .

Überlegen Sie nun, was passiert, wenn Sie einen Widerstand in Reihe mit dem Drain schalten und eine feste 40-Volt-Stromversorgung verwenden, die den Widerstand und den Drain speist. Wenn der MOSFET vollständig ausgeschaltet ist, fließt kein Strom durch diesen Drain-Widerstand und Sie erhalten Punkt A (unten).

Wenn der Drain-Widerstand 10 Ohm wäre, würden Sie 20 Volt darüber bekommen, wenn 2 Ampere fließen. Auf diese Weise können Sie auf dem ersten Bild eine Ladelinie zeichnen: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Also, für diesen speziellen Aufbau mit einem 10-Ohm-Drain-Widerstand (siehe Lastlinie in Rot) und a v G S von 5 Volt, die v D S wäre etwa 23 Volt und für a v G S von 6 Volt, v D S Das wären etwa 13 Volt.

Können Sie sehen, dass, wenn Sie ein Eingangssignal hätten, das eine Sinuswelle zwischen 5 Volt (Unterseite des Sinus) und 6 Volt (Oberseite des Sinus) wäre, der Ausgang auch eine Sinuswelle wäre, die zwischen einem Tiefpunkt von 13 Volt und einem Spitzenwert von 23 Volt.

Das ist eine Signalspannungsverstärkung von 10.

Wenn man DC-Offsets ignoriert und sich nur auf das Ausgangssignal konzentriert, hat es eine RMS-Spannung von 3,536 Volt und einen RMS-Strom von 0,7071, dh eine Ausgangsleistung von 2,5 Watt. Es ist keine erstaunliche Leistung, aber Sie haben eine Ausgangssignalleistung von 2,5 Watt erzeugt, indem Sie die Eingangsspannung am Gate um 1 Volt pp variieren.

Die hierfür benötigte Eingangssignalleistung beträgt einige zehn Mikrowatt. Sie haben einen massiven Leistungsgewinn erzielt, und das ist das Wichtigste für solche Dinge wie Audio-Leistungsverstärker.

Möchten Sie @Rrz0 erklären, warum Sie diese Antwort nicht akzeptiert haben? Vielleicht möchten Sie etwas klären?
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