12.20 : Transistors

Dans l'analyse des petits signaux, un amplificateur à transistor MOSFET agit comme un amplificateur linéaire lorsqu'il fonctionne dans sa région de saturation. La tension grille-source (V_GS) du MOSFET est la somme de la tension de polarisation en courant continu et du petit signal d'entrée variable dans le temps. Cette combinaison définit le point de fonctionnement et module le courant de drain (I_D) qui circule du drain vers la source. Lorsqu'un petit signal alternatif est superposé à la tension de polarisation continue au niveau de la grille, le courant de drain instantané comprend trois parties :

• Le courant de polarisation en courant continu (I_D0) est le courant de repos sans signal appliqué.
• Un composant qui varie linéairement avec le signal d'entrée est pris en compte à des fins d'amplification.
• Une composante non linéaire est fonction du carré du signal d'entrée et entraîne une distorsion dans la sortie amplifiée.

Pour les petits signaux, où l'amplitude de la composante alternative de V_GS est suffisamment petite, la composante non linéaire du courant de drain (qui comprend des termes proportionnels au carré du signal d'entrée) devient négligeable. En ignorant ces termes non linéaires, le comportement du MOSFET peut être approximé de manière linéaire, simplifiant ainsi grandement l'analyse.

La transconductance (g_m) du MOSFET représente le taux de changement du courant de drain en réponse aux changements de V_GS, évalué au point de polarisation. Il est défini par :

Où V_GS0 est la tension de polarisation en courant continu.

Dans la région de fonctionnement linéaire, le courant de sortie petit signal (i_d) est donné par :

Où v_gs est la composante petit signal de V_GS, le gain de tension (A_v) de l'amplificateur est donné par:

Où R_L est la résistance de charge connectée au drain, le signe négatif dans l'équation de gain de tension indique que le signal de sortie est inversé par rapport au signal d'entrée.