Просмотры:222 Автор:Лия Время публикации: 2025-01-01 Происхождение:Работает
Меню контента
● Понимание усилителя с общим затвором
>> Базовая структура усилителя компьютерной графики
● Характеристики источника сигнала
● Характеристики схемы и анализ производительности
>> Ключевые параметры производительности
● Вопросы производительности на высоких частотах
● Шумовые характеристики и оптимизация
● Энергоэффективность и управление температурным режимом
>> 1. Что такое усилитель с общим затвором?
>> 2. Каковы преимущества использования усилителя с общим затвором?
>> 3. Как входное сопротивление влияет на производительность?
>> 4. В каких приложениях обычно используются усилители с общим затвором?
>> 5. Как изменение сопротивления источника сигнала влияет на усиление напряжения?
● Цитаты:
Усилитель с общим затвором (CG) является фундаментальным строительным блоком аналоговой электроники, особенно в приложениях, требующих высокочастотных операций. В этой статье мы углубимся в тонкости усилители компьютерной графики, ориентируясь на их характеристики при питании от источника сигнала. Мы рассмотрим их принципы работы, преимущества, недостатки и практическое применение, подкрепленные диаграммами и видео для лучшего понимания.
Усилитель CG является одной из трех основных конфигураций усилителей MOSFET, наряду с конфигурациями с общим истоком (CS) и общим стоком (CD). В усилителе CG входной сигнал подается на клемму истока, а клемма затвора подключена к фиксированному напряжению смещения постоянного тока. Выходной сигнал берется со сливной клеммы.
- Входной терминал: источник
- Выходной терминал: дренаж
- Соединение затвора: заземлено или подключено к смещению постоянного тока.
Базовая структура усилителя компьютерной графики
Базовая структура усилителя компьютерной графики
Работу усилителя CG можно понять с помощью его модели слабого сигнала, которая позволяет анализировать его работу в различных условиях. Ключевые параметры включают в себя:
- Коэффициент усиления напряжения: Коэффициент усиления напряжения Av усилителя CG можно выразить как:
Av=gmRD
где gm — крутизна, а RD — сопротивление нагрузки.
- Входное сопротивление. Одной из примечательных характеристик усилителей CG является их низкое входное сопротивление, обычно определяемое:
Цинк≈1/г
Благодаря низкому входному сопротивлению они подходят для приложений согласования импеданса.
- Выходной импеданс: выходной импеданс усилителя CG относительно высок, что позволяет ему эффективно управлять нагрузкой.
- Высокая пропускная способность: усилители CG известны своей широкой полосой пропускания, что делает их идеальными для высокочастотных приложений.
- Низкий уровень шума: они имеют более низкие коэффициенты шума по сравнению с другими конфигурациями, что повышает чувствительность при усилении сигнала.
- Фазовый отклик: выходной сигнал сохраняет фазовый сдвиг в 0 градусов относительно входного, что является преимуществом в радиочастотных приложениях.
- Более низкий коэффициент усиления напряжения: по сравнению с другими конфигурациями, такими как усилители CS, усилители CG обычно обеспечивают более низкий коэффициент усиления напряжения.
- Ограниченные области применения: хотя они и полезны в определенных сценариях, диапазон их применения уже по сравнению с конфигурациями CS и CD.
Усилители CG находят применение в различных областях благодаря своим уникальным характеристикам:
- Радиочастотные приложения: они обычно используются в радиочастотных цепях для согласования импеданса с антеннами.
- Усиление с низким уровнем шума: в чувствительных инструментах, таких как медицинские устройства, усилители компьютерной графики помогают минимизировать шумовые помехи.
- Аудиоприложения: Хотя они менее распространены, чем усилители CS, они используются в определенных аудиоприложениях, где требуется высокий входной импеданс.
- Интерфейс датчика: они используются для взаимодействия с датчиками, требующими усиления и преобразования сигнала.
При питании от источника сигнала, имеющего определенные характеристики (например, сопротивление Rsig), характеристики усилителя CG могут значительно меняться. Например:
1. Если Rsig=100 Ом, общий коэффициент усиления напряжения можно рассчитать на основе условий нагрузки.
2. Взаимодействие между Rsig и входным сопротивлением влияет на общие показатели усиления и производительности.
Чтобы проиллюстрировать, как ведет себя усилитель CG при питании от источника сигнала, имеющего определенные свойства, мы можем проанализировать конкретные сценарии:
1. Учитывая Rsig=200 Ом и общий коэффициент усиления по напряжению 10 В/В.
2. Взаимосвязь между сопротивлением нагрузки и усилением напряжения можно выразить математически.
Предполагая, что Rsig=200 Ом:
Av=Выход/Вин=10
Это означает, что на каждый 1 В на входе в идеальных условиях будет 10 В на выходе.
Понимание ключевых характеристик усилителей с обычным затвором необходимо для оптимальной реализации конструкции.
| Параметр | Характеристики |
|---|---|
| Усиление напряжения | Высокий |
| Текущее усиление | Низкий |
| Прирост мощности | Низкий |
| Соотношение фаз ввода/вывода | 0° |
| Входное сопротивление | Низкий |
| Выходное сопротивление | Высокий |
Коэффициент усиления напряжения усилителя с общим затвором можно выразить как:
Av=−gm(rd∣∣RL)
где rd представляет сопротивление сток-исток, а RLRL — сопротивление нагрузки. Эта конфигурация обычно обеспечивает умеренный коэффициент усиления по напряжению, сохраняя при этом отличные характеристики частотной характеристики.
Одним из наиболее значительных преимуществ конфигурации с общим затвором являются ее превосходные высокочастотные характеристики. Отсутствие эффекта Миллера, который обычно ограничивает частотную характеристику в конфигурациях с общим источником, позволяет усилителям с общим затвором эффективно работать на гораздо более высоких частотах. Эта характеристика делает их особенно ценными в радиочастотных и микроволновых приложениях.
Частотная характеристика простирается далеко в гигагерцовый диапазон, ограниченный в первую очередь паразитными емкостями устройства. Входная емкость, в которой обычно преобладает емкость затвор-исток, оказывает минимальное влияние на высокочастотные характеристики из-за присущих конфигурации характеристик.
Шумовые характеристики усилителей с обычным затвором во многих приложениях заслуживают особого внимания. На входной шум влияют несколько факторов, включая тепловой шум канала и характеристики фликкер-шума. Усовершенствованная технология MOSFET включает в себя специальные конструктивные особенности, которые минимизируют влияние как теплового, так и фликкер-шума, что приводит к превосходному соотношению сигнал/шум.
В современных электронных системах энергоэффективность остается критически важной. Усилители с общим затвором могут быть спроектированы с оптимальным КПД за счет тщательного выбора рабочих точек и условий нагрузки. Усовершенствованные МОП-транзисторы обладают расширенными возможностями управления температурным режимом, обеспечивая надежную работу даже в требовательных приложениях.
Усилитель с общим затвором — это универсальный компонент аналоговой электроники, который превосходно подходит для высокочастотных приложений благодаря своим уникальным рабочим характеристикам. Его способность поддерживать низкий уровень шума при обеспечении адекватного усиления по напряжению делает его пригодным для различных применений, от усиления радиочастот до сопряжения датчиков. Понимание его поведения при питании от различных источников сигнала расширяет возможности его практической реализации в электронных разработках.
Усилитель с общим затвором — это конфигурация электронного усилителя, в которой входной сигнал подается на клемму источника, в то время как клемма затвора заземлена или подключена к фиксированному напряжению постоянного тока.
Усилители с общим затвором обеспечивают широкую полосу пропускания, низкий уровень шума и поддерживают целостность фазы между входными и выходными сигналами, что делает их идеальными для радиочастотных приложений.
Низкое входное сопротивление усилителя с общим затвором позволяет ему эффективно согласовываться с источниками с низким сопротивлением, повышая его производительность в конкретных приложениях, таких как радиочастотные цепи.
Усилители с общим затвором обычно используются для усиления радиочастот, малошумящего усиления для чувствительных устройств, усиления звука, где это необходимо, а также для сопряжения датчиков, требующих формирования сигнала.
Сопротивление источника сигнала влияет на общий коэффициент усиления напряжения; более низкое сопротивление источника обычно приводит к более высокому коэффициенту усиления из-за лучших условий нагрузки на входном каскаде усилителя.
[1] https://www.semiconductorforu.com/common-gate-amplifier-circuit-and-its-applications/
[2] https://etechsparks.com/anaанализ-of-the-common-gate-mosfet-amplifier/
[3] https://www.electronics-tutorial.net/Analog-CMOS-Design/MOSFET-Amplifiers/Common-Gate-Amplifier/
[4] https://www.brainkart.com/article/Common-Gate-Amplifier_13261/
[5] https://courses.cit.cornell.edu/ece315/Lectures/handout12.pdf.
[6] https://en.wikipedia.org/wiki/Common_gate
[7] https://www.youtube.com/watch?v=Fh-Xhc88P2E
[8] https://www.olukey.com/common-gate-mosfet-amplifier-a-comprehensive-anaанализ-of-high- Performance-rf-applications/
[9] https://engineering.purdue.edu/wcchew/ece255s18/ece%20255%20s18%20latex%20pdf%20files/ece255Lecture_16_Mar8_MOSFET_Basic_Config.pdf
[10] https://www.electronics-notes.com/articles/analogue_circuits/fet-field-effect-transistor/common-gate-amplifier-circuit.php
