12.20 : i Transistor

Nell'analisi di piccoli segnali, un amplificatore a transistor MOSFET agisce come un amplificatore lineare quando opera nella sua regione di saturazione. La tensione gate-to-source (VGS) del MOSFET è la somma della tensione di polarizzazione CC e del piccolo segnale di ingresso variabile nel tempo. Questa combinazione imposta il punto operativo e modula la corrente di drenaggio (I_D) che scorre dal drenaggio alla sorgente. Quando un piccolo segnale CA viene sovrapposto alla tensione di polarizzazione CC al gate, la corrente di drain istantanea è composta da tre parti:

• La corrente di polarizzazione CC (I_D0) è la corrente di riposo senza segnale applicato.
• Ai fini dell'amplificazione viene considerata una componente che varia linearmente con il segnale di ingresso.
• Una componente non lineare è una funzione del quadrato del segnale di ingresso e porta alla distorsione nell'uscita amplificata.

Per segnali piccoli, dove l'ampiezza della componente AC del V_GS è sufficientemente piccola, la componente non lineare della corrente di drain (che include termini proporzionali al quadrato del segnale di ingresso) diventa trascurabile. Ignorando questi termini non lineari, il comportamento del MOSFET può essere approssimato linearmente, semplificando notevolmente l'analisi.

La transconduttanza del MOSFET (g_m), che rappresenta la velocità di variazione della corrente di drain in risposta ai cambiamenti in V_GS, valutata nel punto di polarizzazione, è definita da:

Dove V_GS0 è la tensione di polarizzazione CC.

Nella regione di funzionamento lineare, la corrente di uscita per piccoli segnali (i_d) è data da:

Dove v_gs è la componente a piccolo segnale di V_GS, il guadagno di tensione (A_v) dell'amplificatore è dato da:

Dove R_L è la resistenza di carico collegata allo scarico, il segno negativo nell'equazione del guadagno di tensione indica che il segnale di uscita è invertito rispetto al segnale di ingresso.