Ortak Kaynak JFET Yükselteç / Common Source JFET Amplifier

Ortak Kaynak JFET yükselteci, yüksek giriş empedansı özellikleri sunan ana aktif cihazı olarak, JFET (bağlantı alan etkili transistörleri) kullanır.

Ortak emitör yükselticisi gibi transistör yükseltici devreleri Bipolar Transistörler kullanılarak yapılır, ancak Alan Etkili Transistörler kullanılarak küçük sinyal yükselticileri de yapılabilir. Bu cihazların bipolar transistörlere göre çok yüksek giriş empedansına ve düşük gürültü çıkışına sahip olma avantajı vardır, bu da onları çok küçük giriş sinyallerine sahip yükselteç devrelerinde kullanım için ideal kılar.

Bir bağlantı alanı etkili transistör veya “JFET” (bu eğitim için N-kanallı FET) veya hatta bir metal oksit silikon FET veya “MOSFET” etrafında temellenen bir amplifikatör devresinin tasarımı, bipolar transistör devresi ile tamamen aynı prensiptir. Önceki derste incelediğimiz A Sınıfı Yükselteç devresi için kullanılır.

İlk olarak, JFET amplifikatör devresinin Ortak kaynak (CS), Ortak kanal (CD) veya Kaynak takipçisi (SF) tek amplifikatör konfigürasyonları ile doğru kutuplanması için uygun bir hareketsiz nokta veya “Q noktası” bulunması gerekir.

Bu üç JFET amplifikatör konfigürasyonu, bipolar transistörler kullanan ortak yayıcı, yayıcı-takipçi ve ortak temel konfigürasyonlarına karşılık gelir. FET amplifikatörleri hakkındaki bu eğitimde, en yaygın kullanılan JFET amplifikatör tasarımı olduğu için popüler Ortak Kaynak JFET Yükseltecine bakacağız.

Aşağıdaki Ortak Kaynak JFET Yükselteç devre yapılandırmasını göz önünde bulundurun.

Ortak Kaynak JFET Yükselteç

ortak kaynak jfet

Yükselteç devresi bir N-kanallı JFET’ten oluşur, ancak devre şeması, ortak bir kaynak konfigürasyonunda bağlanan FET’teki bir değişiklikle aynı olacağından, cihaz aynı zamanda eşdeğer bir N-kanal tükenme modu MOSFET olabilir. JFET geçit voltajı Vg, dirençler R1 ve R2 tarafından kurulan potansiyel bölücü ağ aracılığıyla kutuplanır ve iki kutuplu bağlantı transistörünün aktif bölgesine eşdeğer olan doyma bölgesi içinde çalışmak üzere polarlıdır.

Bipolar transistör devresinden farklı olarak, FET bağlantısı, kapının açık devre olarak ele alınmasına izin veren neredeyse hiç giriş kapısı akımı almaz. O zaman girdi karakteristik eğrileri gerekmez. JFET’i aşağıdaki tabloda iki kutuplu bağlantı transistörü (BJT) ile karşılaştırabiliriz.

JFET ve BJT Kıyaslaması

JFETBipolar Transistor
Gate(Kapı), ( G )Base(Baz), ( B )
Drain(Kanal), ( D )Collector(Toplayıcı), ( C )
Source(Kaynak), ( S )Emitter(Verici), ( E )
Kapı Voltajı, ( VG )Baz Voltajı, ( VB )
Kanal Voltajı, ( VDD )Toplayıcı Voltajı, ( VCC )
Kanal Akımı, ( ID )Toplayıcı Akımı, ( IC )

N-Kanal JFET bir tükenme modu cihazı olduğundan ve normalde “AÇIK” olduğundan, boşaltma akımını modüle etmek veya kontrol etmek için kaynağa göre bir negatif kapı voltajı gereklidir. Bu negatif voltaj, giriş sinyali olmadığında ve Vg, kapı-kaynak pn’nin ters polarlaması koruduğunda bile JFET’ten sabit bir akım aktığı sürece, ayrı bir güç kaynağı voltajından polarlama veya kendi kendine polarlama düzenlemesi ile sağlanabilir.

Basit örneğimizde, kutuplama, giriş sinyalinin sinüzoidal bir sinyal ile kapıda bir voltaj düşüşü ve ayrıca kapıda voltaj yükselmesi üretmesine izin veren potansiyel bir bölücü ağdan sağlanır. Doğru oranlardaki herhangi bir uygun direnç değeri çifti, doğru ön gerilim gerilimini üretecektir, bu nedenle DC kapısı ön gerilim gerilimi Vg şu şekilde verilir:

ortak kaynak jfet

Bu denklemin yalnızca R1 ve R2 dirençlerinin oranını belirlediğine dikkat edin, ancak JFET’in çok yüksek giriş empedansından yararlanmak ve devre içindeki güç kaybını azaltmak için bu direnç değerlerini olabildiğince yüksek yapmamız gerekiyor. mümkün olduğu kadar, 1MΩ ila 10MΩ arasındaki değerler ortaktır.

Ortak kaynak JFET amplifikatörünün giriş sinyali (Vin), Kapı terminali ile sıfır volt rayı (0v) arasına uygulanır. Sabit bir Vg geçit voltajı değeri ile JFET, lineer dirençli bir cihaz gibi davranan “Ohmik bölgesi” içinde çalışır. Boşaltma devresi, Rd yük direncini içerir. Çıkış voltajı, Vout, bu yük direnci boyunca geliştirilmiştir.

Ortak kaynak JFET yükseltecinin verimliliği, bu dirençten akan aynı drenaj akımı ile kaynak kablosuna dahil olan bir direnç, Rs eklenerek geliştirilebilir. Direnç, Rs ayrıca JFET amplifikatörlerini “Q-noktası” olarak ayarlamak için kullanılır.

JFET tamamen “AÇIK” konuma getirildiğinde, bu direnç boyunca Rs*Id’ye eşit bir voltaj düşüşü gelişir ve kaynak terminalinin potansiyeli 0v veya toprak seviyesinin üzerine çıkar. Drenaj akımı nedeniyle Rs boyunca bu voltaj düşüşü, kapı direnci boyunca gerekli ters polarlama koşulunu sağlar, R2 etkin bir şekilde negatif geri besleme üretir.

Bu nedenle, kapı-kaynak bağlantısını ters taraflı tutmak için, kaynak voltajının, Vs’nin kapı voltajından, Vg’den daha yüksek olması gerekir. Bu kaynak voltajı bu nedenle şu şekilde verilir:

ortak kaynak jfet

Daha sonra Drenaj akımı, Id aynı zamanda Kaynak akımına eşittir, Is olarak “Akım Yok” Kapı terminaline girer ve bu şu şekilde verilebilir:

ortak kaynak jfet

Bu potansiyel bölücü polarlama devresi, sabit voltaj polarlama devresine kıyasla tek bir DC kaynağından beslenirken ortak kaynak JFET yükselteç devresinin kararlılığını artırır. Hem direnç, Rs hem de kaynak baypas kapasitörü, Cs, temel olarak, ortak emitör bipolar transistör yükseltici devresindeki emitör direnci ve kapasitör ile aynı işlevi görür, yani iyi bir stabilite sağlamak ve voltaj kazancı kaybında bir azalmayı önlemek için. Bununla birlikte, stabilize bir sessiz kapı voltajı için ödenen fiyat, besleme voltajının daha fazlasının Rs’ye düşürülmesidir.

Kaynak baypas kapasitörünün farad cinsinden değeri genellikle 100uF’nin üzerinde oldukça yüksektir ve polarize olacaktır. Bu, kapasitöre, cihazın transkondüktans, gm (kazancı temsil eden transfer katsayısı) değerinin %10’undan daha az, çok daha küçük bir empedans değeri verir. Yüksek frekanslarda, baypas kondansatörü esasen bir kısa devre görevi görür ve kaynak etkin bir şekilde doğrudan toprağa bağlanacaktır.

Ortak Kaynaklı JFET Amplifikatörün temel devresi ve özellikleri, ortak emitör amplifikatörünkine çok benzer. Drenaj akımı, Id ve besleme gerilimi ile ilgili iki nokta birleştirilerek bir DC yük hattı oluşturulur, Vdd, Id = 0 olduğunda: ( Vdd = Vds ) ve Vds = 0: ( Id = Vdd/RL ) olduğunda. Bu nedenle yük çizgisi, aşağıdaki gibi Q noktasındaki eğrilerin kesişimidir.

Ortak Kaynak JFET Yükselteci Karakteristik Eğrisi

ortak kaynak jfet

Ortak emitör bipolar devresinde olduğu gibi, ortak kaynak JFET amplifikatörü için DC yük hattı, gradyanı -1/(Rd + Rs) olarak verilen ve A noktasında dikey Id eksenini kestiğine eşit bir düz çizgi denklemi üretir. Vdd/(Rd + Rs). Yük hattının diğer ucu, besleme gerilimi Vdd’ye eşit olan B noktasında yatay ekseni keser.

DC yük hattındaki Q noktasının gerçek konumu, genellikle yük hattının orta merkez noktasında (A sınıfı çalışma için) konumlandırılır ve JFET bir olduğu için negatif eğilimli olan Vg’nin ortalama değeri ile belirlenir. tükenme modu cihazı. Bipolar ortak yayıcı amplifikatör gibi, Ortak Kaynak JFET Amplifikatörünün çıkışı, giriş sinyaliyle 180o faz dışıdır.

Tükenme modu JFET’i kullanmanın ana dezavantajlarından biri, olumsuz önyargılı olmaları gerekmesidir. Bu önyargı herhangi bir nedenle başarısız olursa, geçit kaynağı voltajı yükselebilir ve pozitif hale gelebilir ve boşaltma akımında bir artışa neden olarak boşaltma voltajının (Vd) arızalanmasına neden olur.

Ayrıca, FET bağlantısının yüksek kanal direnci, Rds(on), yüksek sessiz sabit durum drenaj akımı ile birleştiğinde, bu cihazların ısınmasını sağlar, bu nedenle ek soğutucu gerekir. Bununla birlikte, JFET’lerin kullanımıyla ilgili sorunların çoğu, bunun yerine geliştirme modu MOSFET cihazları kullanılarak büyük ölçüde azaltılabilir.

MOSFET’ler veya Metal Oksit Yarı İletken FET’ler, eşdeğer JFET’e kıyasla çok daha yüksek giriş empedansına ve düşük kanal dirençlerine sahiptir. Ayrıca MOSFET’ler için polarlama düzenlemeleri farklıdır ve onları N-kanallı cihazlar için pozitif ve P-kanallı cihazlar için negatif olarak eğimlendirmedikçe, hiçbir drenaj akımı akmaz, o zaman aslında arıza emniyetli bir transistöre sahibiz.

JFET Yükseltecin Akım ve Güç Kazancı

Daha önce ortak bir kaynak JFET yükseltecinin giriş akımının, Ig’nin, aşırı yüksek kapı empedansı Rg nedeniyle çok küçük olduğunu söylemiştik. Ortak bir kaynak JFET amplifikatörü bu nedenle giriş ve çıkış empedansları arasında çok iyi bir orana sahiptir ve herhangi bir miktarda çıkış akımı için, JFET amplifikatörünün IOUT çok yüksek akım kazancı Ai’ye sahip olacaktır.

Bu ortak kaynak nedeniyle JFET yükselteçleri, empedans eşleştirme devreleri olarak son derece değerlidir veya voltaj yükselticileri olarak kullanılır. Benzer şekilde, çünkü: Güç = Voltaj x Akım, (P = V*I) ve çıkış voltajları genellikle birkaç milivolt veya hatta volttur, güç kazancı Ap da çok yüksektir.

Bir sonraki derste, transistör yükselticisinin yanlış ön polarlama gerilimini, çıkış sinyalinde, kırpma nedeniyle genlik bozulması şeklinde ve ayrıca faz ve frekans bozulmasının etkisiyle nasıl bozulmaya neden olabileceğine bakacağız.