Ganancia e impedancia de salida de un amplificador

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Estoy tratando de entender el fenómeno físico que lleva a aumentar la ganancia de un amplificador a medida que aumenta la impedancia de salida.

Cuando tenemos cargas resistivas en un amplificador de una sola etapa, convierten el cambio de corriente de la señal en variación de voltaje. Cuanto mayor sea el valor de la carga, más será la conversión y por lo tanto la ganancia. En los MOSFET, ya que no es necesario que la impedancia de salida sea menor, se puede obtener una mayor ganancia al aumentar el RD ** (resistencia física conectada al drenaje) ** mientras se asegura que el transistor funciona en saturación.

¿Pero cómo el aumento de rds (la resistencia interna de la fuente de drenaje) ayuda a obtener una mayor ganancia? Dado que rds no es una resistencia física, ¿cómo contribuye a aumentar la ganancia?

Usando MOS de canal largo, los rds podrían incrementarse. Esto significaría, menor variación de corriente en la región de saturación con cambio en Vds. Cuando modelamos el efecto de la modulación de la longitud del canal, por supuesto obtenemos una resistencia de mayor valor.

¿Puede alguien explicarme cómo el cambio en la duración podría aumentar la ganancia?

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He editado la pregunta e incluí la notación correcta para la resistencia dinámica de pequeña señal.

Entiendo que rds no es una resistencia real sino un modelo que tiene en cuenta el efecto de la modulación de la longitud del canal. Pero entonces, ¿cómo aumenta la ganancia del amplificador?

Los rds más altos significarían un pequeño cambio en la corriente de drenaje para la variación de Vds, es decir, una buena fuente de corriente. Eso es todo lo que puedo recoger de este modelo.

Sin embargo, mi pregunta es ¿cómo aumentaría esto la ganancia intrínseca del amplificador? Entiendo cómo aumenta la ganancia a medida que aumenta RD (que he mencionado anteriormente). ¿Estoy en lo correcto?

    
pregunta Aditya Patil

2 respuestas

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Como dice LvW en su respuesta, tenga en cuenta que lo que llamamos Rds no es un resistor físico presente en el MOSFET, sino que es un fenómeno que se presenta por un resistor llamado Rds en el modelo de pequeña señal del MOSFET.

Toma un MOSFET, le aplica voltajes y corrientes de CC para que tenga un determinado punto de operación . Por ejemplo, un punto de operación donde los Ids de corriente de drenaje = 1 mA y Vds es 3 V. Para este NFET imaginario Vt = 1 V, este NMOS está en saturación.

Ahora que conocemos el punto de operación de este NMOS, podemos calcular valores para algunos pequeños parámetros de señal de este NMOS en este punto de operación . Estos parámetros son todos derivados por ejemplo:

$$ gm = dId / dVgs $$

y

$$ Rds = dVds / dId $$

¡Observe cómo Rds es el derivado de Vds / Id!

Los valores de gm y Rds resultan de las propiedades físicas del MOSFET. Entonces, para un MOSFET diferente (por ejemplo, uno con un canal más largo) estos valores serán diferentes. En general, Rds será más grande para un MOSFET con un canal más largo.

Pero esto no explica aún por qué esto es así.

Lo que lo explica es el Efecto de modulación de la longitud del canal . Para los MOSFET con canales muy cortos, el drenaje está (físicamente cerca de la parte del canal del MOSFET que determina la corriente de drenaje cuando está en saturación. A medida que el voltaje en el drenaje aumenta, la capa de agotamiento alrededor del drenaje también aumenta en tamaño. esta región de agotamiento puede incluso tocar el canal. Esto se traducirá en una baja ruta óhmica entre el drenaje y la fuente, y Rds será muy bajo.

Si el drenaje está físicamente más alejado de la fuente, la región de agotamiento no puede acercarse al canal, por lo que el canal determinará la corriente sin que el drenaje y la región de agotamiento interfieran. Esto da como resultado un comportamiento de fuente actual más ideal del canal. Para un Rds alto, esto es lo que se necesita, significa que dId será muy pequeño (solo pequeñas variaciones de corriente de drenaje debido a los cambios en Vds).

    
respondido por el Bimpelrekkie
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¿Qué quieres decir con RDS? ¿Resistencia óhmica entre D y S en la región lineal del FET? No lo creo. Hablando de ganarte, te refieres a la resistencia dinámica rds, ¿correcto? Esta es una resistencia determinada por la pendiente de las características de salida Id = f (Vds).

Sabiendo que el transistor funciona como una fuente de corriente controlada (no ideal), esta fuente se puede ver como una fuente ideal en paralelo con esta resistencia rds. Por lo tanto, la resistencia efectiva en el nodo de drenaje es RD || rds.

(Tenga en cuenta que siempre es bueno y necesario discriminar entre una resistencia óhmica R y una resistencia diferencial / dinámica r).

    
respondido por el LvW

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