Warum sollten wir die Eingangsquelle gleich Null setzen, um den Ausgangswiderstand des Common-Source-Verstärkers zu berechnen?

Meine Antwort ist so geschrieben, als würde es sich um einen echten Schaltungsverstärker handeln, aber das gleiche Prinzip gilt für die Berechnung von Werten.

Sie müssen die Eingangsquelle nicht auf Null setzen, wenn Sie es auf die härtere Art und Weise machen möchten.

Dieser schwierigere Weg würde die Impedanz bei einer bestimmten Frequenz testen, die nicht von der Eingangsquelle erzeugt wird. Dann würden Sie einen engen Bandpassfilter (oder eine Fourier- / Spektralanalyse) verwenden, um NUR das Signal bei der Frequenz zu analysieren, die Sie messen und berechnen möchten Ausgangsimpedanz.

Ja, Sie können es so schwer machen oder einfach die Quellenspannung auf Null setzen und es auf die einfache Weise machen. Alternativ können Sie das Eingangssignal verwenden, um eine Spannung zu erzeugen und dann eine Last am Drain/Kollektor anzulegen, und wenn die gesehene Wechselspannung auf 50 % abfällt, haben Sie das Äquivalent der Ausgangsimpedanz.

Meine Antwort in einem Satz: Wenn Sie versuchen, den Strom durch den unbekannten Ausgangswiderstand (verursacht durch eine am Ausgangsknoten angeschlossene Spannungsquelle) zu bestimmen, darf kein anderer Strom durch das Eingangssignal verursacht werden.

Der Grund dafür ist, dass Sie beim Versuch, ein Thevenin-Ersatzschaltbild mit der Methode „Testquelle“ zu erhalten, alle unabhängigen Spannungs- und Stromquellen auf Null setzen. Sie behalten jedoch die abhängigen Quellen bei.

$V_t$ist Ihre Testquelle und um den äquivalenten Widerstand zu finden, der in diesen Anschluss schaut, den Sie finden müssen$I_t$. Dann$R_{equiv}=\frac{V_t}{I_t}$.

Das Messen des Ausgangswiderstands eines Schaltkreises ist im Wesentlichen dasselbe wie das Messen seines Thevenin-Widerstands. Beim Messen des Thevenin-Widerstands werden alle unabhängigen Quellen ausgeschaltet. Die (Kleinsignal-)Eingangsquelle ist eine so unabhängige Quelle, dass sie ausgeschaltet wird - und das Ausschalten einer Spannungsquelle bedeutet, dass die Spannung an ihren Anschlüssen auf 0 gesetzt wird.

Die große Signaleingangsquelle (die Vorspannung) stellt die abhängige Stromquelle ein$g_{\text{m}} v_{\text{gs}}$des MOSFET, weil es bestimmt$g_{\text{m}}$und andere Kleinsignal-MOSFET-Parameter, sodass sie nicht vollständig ignoriert werden können. Sobald es verwendet wird, um die abhängigen Quellen zu bestimmen, wird es ebenfalls abgeschaltet.

Aufgrund der Topologie der Schaltung bedeutet 0 Eingang$v_{\text{gs}} = 0$: Der MOSFET hat idealerweise eine unendliche Impedanz, die in das Gate blickt, sodass kein Strom durchfließen kann$R_{\text{S}}$und somit liegt keine Spannung darüber. Es stellt sich heraus, dass die abhängige Stromquelle$g_{\text{m}} v_{\text{gs}}$ist auch 0.

Lassen Sie mich alles abdecken, DC-Signale werden bei der Kleinsignalanalyse ( wenn die Amplitude der Signale ziemlich klein ist ) vernachlässigt, weil sie einen konstanten Strom verursachen und einen Vorspannungspegel liefern. Wenn Sie sie also vernachlässigen, ist dies so ziemlich das Vernachlässigen einer Konstanten in einer Phase oder Frequenz abhängige Gleichung, die es einfacher zu verstehen macht.

Ok, da geht die DC-Quellen

MOSFETs haben eine ziemlich hohe Eingangsimpedanz, was bedeutet, dass kein oder kein Strom durch den Gate-Anschluss fließt, was durch ein offenes ( rot ) bei Hybrid-Pi-Modell der Kleinsignalanalyse angezeigt wird .

Jetzt wissen wir, dass die Konduktanz des Kanals im MOSFET durch die Spannung am Gate-Anschluss beeinflusst wird, aber der Eingangskreis vom Ausgangskreis isoliert ist, diese Beziehung wird durch das Konzept der Transkonduktanz festgelegt, das ist das Verhältnis der Änderung in der Drain-Strom zur Änderung der Eingangs-Gate-Spannung vgs ( wobei kleine v und gs die Kleinsignalnatur der Quelle darstellen ).

Jetzt kommt der Superpositionssatz

Was besagt, dass der Strom von zwei Quellen in jedem Zweig der Schaltung ( lineare Schaltungen ) unabhängig von anderen Quellen ist und der resultierende Strom die algebraische Summe des Stroms ist, der berechnet wird, wenn einzelne Quellen alleine wirken.

Daher entfernen wir hier durch Erdung den Effekt der Eingangsspannung, wodurch auch gm.vgs ( wobei Is=gm.vgs eine abhängige Stromquelle mit Abhängigkeit von vgs ist ) als Stromquelle Null wirkt, daher können wir jetzt berechnen den alleinigen Widerstand des Kanals durch Anschließen einer Kleinsignalquelle vt am Ausgang, wenn der Kleinsignaleingang Null ist.

Obwohl die VGS keine direkte Rolle spielen, sondern als Transkonduktanzverstärker arbeiten, wird der Effekt einer anderen Stromversorgung durch Erdung der VGS entfernt.

Sie erwägen das Kleinsignalmodell, also müssen wir alle großen Signale kurzschließen. Aber in Ihrem Fall haben Sie auch eine kleine Signalquelle am Gate (Eingang). Wie viele schon geantwortet haben, ist es nur eine Frage der Perspektive. Sie möchten den Ausgangswiderstand messen.

Auch wenn Sie im wirklichen Leben eine normale Schaltung betrachten und deren Widerstand mit einem Multimeter ermitteln müssen. Sie schalten alle Quellen ab (kurzgeschlossene unabhängige Spannungsquellen und offene unabhängige Stromquellen) und messen dann den Widerstand. Also tust du es in deinem Fall auch so. Sie könnten natürlich die kleine Signalquelle haben$v_s$(Große Signalquelle$V_{bias}$sollte auf jeden Fall kurzgeschlossen werden, da Sie eine Kleinsignalanalyse durchführen und alle großen Signale nicht berücksichtigt werden sollten), aber wenn Sie jetzt versuchen, den Widerstand aus dem Ausgang zu berechnen, wäre dies falsch, da Sie andere Quellen haben, die den Widerstand beeinflussen, ein Fall Wo wir es brauchen, ist, wenn wir die Übertragungsfunktion finden, wo Sie die finden müssen$V_{out}/V_{in}$. Um den Ausgangswiderstand zu finden, schließen wir die Quelle also kurz$V_g=V_s=0$Und$V_{source}=0\,(\text{gnd})$,$V_g-V_{source}=V_{gs}=0$. So$g_m*V_{gs}=0$, das ist, was in den Gleichungen, die Sie erwähnt haben, gemacht wird.

Der gemessene Teststrom wäre einfach die Summe der Schaltungsantwort sowohl auf die Testspannung als auch auf die Quellenspannung, und es würde eine falsche Berechnung des Ausgangswiderstands resultieren.

Die Formel, die Sie eingefügt haben, zeigt es ganz schön: Wenn vgs ≠ 0, dann vt = it(r0||RD) + gm·vgs und Rout= r0||RD + gm·vgs/it, was das falsche Ergebnis liefert.