12.20 : الترانزستورات

في تحليل الإشارات الصغيرة، يعمل مضخم ترانزستور MOSFET كمضخم خطي عند تشغيله في منطقة التشبع الخاصة به. إن جهد البوابة إلى المصدر (V_GS) الخاص بـ MOSFET هو مجموع جهد انحياز التيار المستمر وإشارة الدخل الصغيرة المتغيرة بمرور الوقت. يقوم هذا المزيج بإعداد نقطة التشغيل وتعديل تيار التصريف (I_D) الذي يتدفق من المصرف إلى المصدر. عندما يتم تثبيت إشارة تيار متردد صغيرة على جهد انحياز التيار المستمر عند البوابة، يتكون تيار التصريف اللحظي من ثلاثة أجزاء:

• تيار التحيز المستمر (I_D0) هو التيار الهادئ بدون تطبيق أي إشارة.
• يعتبر المكون الذي يتغير خطيًا مع إشارة الإدخال لأغراض التضخيم.
• المكون غير الخطي هو دالة لمربع إشارة الدخل ويؤدي إلى تشويه الخرج المضخم.

بالنسبة للإشارات الصغيرة، حيث تكون سعة مكون التيار المتردد في V_GS صغيرة بما فيه الكفاية، يصبح المكون غير الخطي لتيار التصريف (الذي يتضمن حدودًا متناسبة مع مربع إشارة الدخل) ضئيلًا. من خلال تجاهل هذه المصطلحات غير الخطية، يمكن تقريب سلوك MOSFET خطيًا، مما يبسط التحليل إلى حد كبير.

تمثل موصلية MOSFET (g_m) معدل تغير تيار التصريف استجابةً للتغيرات في V_GS، ويتم تقييمها عند نقطة التحيز بواسطة:

حيث V_GS0 هو جهد انحياز التيار المستمر.

في منطقة التشغيل الخطية، يتم إعطاء تيار خرج الإشارة الصغيرة (i_d) بواسطة:

حيث أن v_gs هو مكون الإشارة الصغيرة لـ V_GS، فإن كسب الجهد (A_v) للمكبر يُعطى بالمعادلة التالية:

حيث R_L هي مقاومة الحمل المتصلة بالصرف، تشير الإشارة السالبة في معادلة كسب الجهد إلى أن إشارة الخرج معكوسة بالنسبة لإشارة الدخل.