ESEMPIO DI AMPLIFICATORE A MOSFET A DRAIN COMUNE (SOURCE FOLLOWER)

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1 EEMPIO I MPLIFICTOE MOFET IN COMUNE (OUCE FOLLOWE) (at uual all Eepo d par.8.., F.8.6 del teto..pencer & M.M.hau: Introducton to Electronc Crcut en) Calcolare l punto d laoro del Mofet M d F., le aplfcazon a eda frequenza d tenone o / e d corrente l /, l aplfcazone d potenza p W l /W e le retenze d nreo e d ucta o ne punt P e P ndcat. tracur l effetto d odulazone della lunhezza d canale. V 0 V n n IN 0kΩ P C IN 0kΩ M I 5 K 5 /V V V C O P o O 880kΩ.k Ω l L kω F.. Crcuto con Mofet conneo a ran Coune (ource Follower) oluzone: a chea equalente copleto può otture l Mofet con un uo chea equalente, ottenendo l crcuto d F., aldo a a rand enal a a pccol enal. (Il traccaento del crcuto d F. è un pao nteredo, otrato per facltare la coprenone del lupp ucce e ene d olto oeo conderandolo ottnteo). IN C IN n 0kΩ V 8.8 V 05.6k Ω ( ) V 0 V C O O.k Ω F.. chea equalente copleto V I (V ) L kω Nello chea equalente del Mofet, la tenone totale ateource, condera la oa della tenone contnua del punto d laoro V, pù un terne ncreentale a pccol enal. naloaente, la corrente totale d dran condera la oa d un terne contnuo I (V ), relato al punto d laoro e dpendente da V, pù un terne a pccol enal. Coro d Fondaent d Elettronca Eepo d plfcatore a Mofet a dran coune

2 Il parttore, forato da e ed alentato da V, è tato ottuto dal eneratore equalente V e dalla retenza equalente. I alor d tal eleent, econdo l teorea d Thèenn, ono dat da V V 0 8. V () // kω () In bae al prncpo della orappozone del effett, lo chea equalente copleto può cndere n uno chea equalente a rand enal, che conente d deternare l punto d laoro del tea ed n partcolare del Mofet, ed n uno chea equalente a pccol enal, u cu calcolano le aplfcazon e le pedenze rchete, che ono appunto relate al coportaento a pccol enal. peo, e n partcolare n queto cao, nterea l coportaento a pccol enal n centro banda, coè a frequenze dere dalla contnua a non troppo alte. In tale cao, d olto, condenator peat nello chea hanno alor tal per cu le loro pedenze rultano olto alte n c. contnua e abbatanza bae a frequenza d centro banda. Percò, e non pecfcato deraente, condenator conderano crcut apert nel rcaare lo chea a rand enal e cort crcut nel rcaare lo chea a pccol enal. b tudo a rand enal In bae a quanto detto, oera che, a fn della deternazone dello chea a rand enal, la parte d crcuto a onte d C IN, che coprende l eneratore d corrente n e la retenza IN, può rtenere colleata dal reto del crcuto e enza effett. Ea ene qund oea. Per le tee raon, elna la parte d crcuto a alle d C O, con la retenza L. Lo chea che rcaa è otrato n F.. V I I V V 8.8 V 05.6k Ω V I (V ) V 0 V I V.k Ω F.. chea equalente a rand enal per la deternazone del punto d laoro uppone che l Mofet a n condzon d aturazone (forward acte). rcorda anztutto che, n condzon d aturazone, la corrente I d dran d un Mofet a canale n è funzone della tenone tra ate e ource V e della tenone d ola (rehold) V econdo la relazone µ nc o W V ( ) ( ) I V V K V V I () L V doe µ n è la obltà del elettron, C o è la capactà per untà d area tra ate e canale douta allo trato d odo, W è la larhezza del canale e L è la ua lunhezza. Le dere fore della () defncono plctaente K(µ n C o /) (W/L) e I K V. Nel cao d queto eerczo, I 5 0, V V e qund KI /V 5 0 / 5 0 /V. Conderando la ala che a dal ate del Mofet al ource e coprende l eneratore V, la retenza, la tenone ateource V e la retenza, può crere Coro d Fondaent d Elettronca Eepo d plfcatore a Mofet a dran coune

3 V I V I 0 (4) e tenendo conto che I 0 e che I I (5) ha da (4) V I I (6) V V V V I 0 (7) V luppando l equazone (7), doe V è nconta, ottene Ponendo ( I V ) V V V V I V 0 I V (8) I B 55 ( I V ) V ( ) (9) (0) V IV C V () e ottuendo n (8) ha V B V C 0 () olendo la () rcaa V B ± B 4 C ± ( 8. 5) La econde oluzone, che è neata, ene cartata: con tale alore d V nfatt l Mofet arebbe nterdetto. aue qund V.964 V. ottuendo tale alore nella (4) rcaa V V I I (4). 0 Coe contata dallo chea d F., ha V V 0 V (5) ed eendo I 0 e qund V V, ha V V V V. La tenone dranource è percò V V V V (6) confera coì che l Mofet troa n aturazone. Infatt V >V V V. () c tudo a pccol enal allo chea equalente copleto, azzerando enerator n contnua e qund ottuendo enerator d alentazone pota e neata con conneon a aa, ottuendo condenator C IN e C O con cort crcut e nerendo tra ate, ource e ran lo chea equalente del Mofet a pccol enal, ottene lo chea equalente a pccol enal d F.4. Coro d Fondaent d Elettronca Eepo d plfcatore a Mofet a dran coune

4 n IN P d d n 0kΩ 05.6k Ω P o O.k Ω r l L kω F.4. chea equalente a pccol enal Poché è noto l punto d laoro del Mofet, ed n partcolare ono note la tenone ateource V e la corrente d dran I, può deternare la tranconduttanza (che è un paraetro a pccol enal). Coe è noto ha K I I I een (7) V E conenente traforare lo chea equalente a pccol enal, ottuendo l crcuto conneo n ate con un eneratore equalente d Théenn, e runendo n un unca retenza equalente L le due retenze e L che, coe otrato n F.4, ono n parallelo tra loro. ottene lo chea equalente a pccol enal rdotto d F.5. allo chea d F.4 la tenone a uoto n, che ottene connettendo l crcuto che coprende IN, ed l eneratore d tenone n, ale n n n 95 n (8) IN La retenza equalente IN ottene nello teo crcuto annullando, coè chudendo n corto crcuto, l eneratore d tenone n. La IN è qund data dal parallelo d IN e d IN IN 5 k IN Coe detto, la retenza equalente L è data da IN ( // ) 9. Ω (9) L. 0 0 L ( //L ) 54 Ω (0). 0 0 L ' n ' IN d d ' n 9.5k Ω O ' ' L 54Ω ' l F.5. chea equalente a pccol enal rdotto Coro d Fondaent d Elettronca Eepo d plfcatore a Mofet a dran coune

5 Nello chea rdotto d F.5, rcordando che () d 0 () conderando la ala che coprende ate, ource, n, IN e può crere 0 () n IN Tenendo conto che, econdo la (), 0, ha che n. Inoltre, dalle (), () e () rcaa [ ] 0 n (4) n (5) e ottuendo nella () d n (6) Inoltre, dallo chea ha o n (7) può defnre un aplfcazone d tenone o / n, rferta allo chea rdotto d F.5, che rulta dalla (7) o (8) n doe la eplfcazone è alda olo e >>. Nel cao n eae, a caua del bao alore d, tale prodotto non è olto eleato e rulta abbatanza nore dell untà. E da notare che, n on cao, per la conneone a dran coune l aplfcazone d tenone è pota e nore d. Con dat del cao n eae, dalla (8) rcaa Volendo defnre una retenza d nreo n ate del Mofet a dran coune r /, poché 0, per queta conneone r. naloaente ha che l aplfcazone d corrente, relata allo chea rdotto e defnta coe l / n d / rulta nfnta. E ntereante rarcare che lo chea rdotto d F.5 è lo chea tpco della conneone a dran coune d un Mofet, e che la forula (9) che dà l aplfcazone d tenone, è la forula claca rportata n tutte le tabelle. (9) E necearo ora tornare allo chea a pccol enal copleto d F.4 per calcolare paraetr rchet, relat allo chea copleto. queto fne è opportuno eprere le arabl dello chea n funzone del enale d nreo n anzche d n. ottuendo nelle (6), (5), (7), (8) l epreone d n data dalla (8) ottene d n IN (0) n IN () o n n IN IN noltre, eendo n dalla (8) rcaa () Coro d Fondaent d Elettronca Eepo d plfcatore a Mofet a dran coune

6 n () IN Poché n, l aplfcazone d tenone relata allo chea copleto o / rulta uuale alla calcolata pra, con la (9), n relazone allo chea rdotto. Infatt è o o 608 (4) n e foe oluta calcolare l aplfcazone coplea t o / n ncludendo l attenuazone douta a IN, dalla () può rcaare tra l enale d nreo e quello d ucta, t n IN o (5) Per calcolare l aplfcazone d corrente l /, oera che, eendo nulla la corrente entrante nel ate, è data olo dalla corrente n. Queta corrente, a ua olta, dpende dalla tenone. può dunque crere, n bae alla () r n IN (6) ncora da F.4 ede che la corrente l rpartce tra le retenze e L. Coe è noto, le relate corrent r e l tanno n proporzone nera alle retenze (nfatt, r o /, l o / L e ( r l )). può dunque crere l (7) L alle (6) e (7), tenendo conto della (0), l aplfcazone d corrente relata allo chea copleto rulta l l n n L (8) e ntroducendo alor nuerc L (9) Coe ede, pur eendo nulla la corrente entrante nel ate del Mofet, la corrente entrante nello tado non è nulla, a caua della preenza del parttore e qund della retenza. oera noltre che, eendo la corrente entrante nello tado uuale alla n eroata dal eneratore n (F.4), l aplfcazone d corrente coplea t l / n rulta uuale all aplfcazone calcolata rpetto alla corrente entrante nello tado. L aplfcazone d potenza rcaa dalla forule precedent Wl o l o l p ( ) ( 64. ) (40) W Per calcolare la retenza d nreo nel punto P (F.4) uppone d connettere tutta la parte eterna, coè l eneratore d tenone n e la retenza IN, d annullare nel crcuto ranente tutt enerator ndpendent (non e ne ono) e d colleare n P un eneratore d proa. ottene la confurazone d F.6. allo chea, tenendo conto che 0, la corrente nettata da nel punto P rulta e percò (4) Coro d Fondaent d Elettronca Eepo d plfcatore a Mofet a dran coune

7 05. 6 kω (4) P d d 05.6k Ω O.k Ω r l L kω F.6. chea per l calcolo dell pedenza d nreo. Per calcolare la retenza d ucta o nel punto P (F.4) uppone d connettere tutta la parte eterna, che n queto cao rduce alla retenza d carco L, d annullare nel crcuto ranente tutt enerator ndpendent, cortocrcutando l eneratore d enale n, e d colleare n P un eneratore d proa. ottene la confurazone d F.7. IN P d d 0kΩ 05.6k Ω P o.k Ω r F.7. chea per l calcolo dell pedenza d ucta o E edente, dallo chea, che r e e che o. Percò r /. Per calcolare la corrente cauata dalla nel ource, oera anztutto che a tale corrente, n bae alla (), corrponde una tenone (4) altra parte, dallo chea oera che, eendo nulla e aendo annullato l eneratore n, la tenone d ate è anch ea nulla. Percò 0. alla (4) rcaa dunque (44) Il rapporto r / / può eere conderato coe retenza dfferenzale d ource dello chea d F.5. alle relazon precedent ha Coro d Fondaent d Elettronca Eepo d plfcatore a Mofet a dran coune

8 Coro d Fondaent d Elettronca Eepo d plfcatore a Mofet a dran coune r (45) La retenza d ucta o per defnzone è qund o (46) che è l parallelo d con r. ottuendo alor de paraetr ha Ω o (55) Il rultato ottenuto confera che, anche n queto cao che ha un odeto alore d, la conneone a collettore coune è caratterzzata da una baa retenza d ucta. può oerare che, nel cao foe douto tener conto dell effetto d odulazone della lunhezza d canale, arebbe douta defnre una corrpondente retenza r o n parallelo al eneratore d corrente coandato nello chea equalente a pccol enal del Mofet. L effetto d tale retenza è noralente tracurable nel calcolo de paraetr conderat n queto eerczo. Per la conneone a dran coune, cò ale anche per l calcolo della retenza d ucta o.