Aspetti generali AMPLIFICATORE A MOSFET

[wizard]

Salve volevo chiarirmi le idee su certi aspetti degli amplificatori a MOSFET
Tutto parte dall'affermazione che dice che gli amplificatori devono lavorare in P.O.
Mi sono chiesto il perché e ho cercato di rispondere nel seguente modo: se definisco il guadagno come il rapporto tra la variazione della Vout e di quella della Vin allora per avere il guadagno massimo devo lavorare nella regione della caratteristica Vout-Vin che ha la pendenza maggiore; tale regione è proprio quella di P.O.
Domanda 1: è giusto tale ragionamento o ho travisato il problema?

Dando per buono il ragionamento precedente, quindi, per poter avere un grosso guadagno è necessario avere una grande pendenza della caratteristica in P.O.
Al che mi sono chiesto come fosse possibile raggiungere il mio scopo in un circuito elettronico. La risposta che mi sono dato è stata "aumentare la Rout". Quindi mi sono detto: perché non farla più grande possibile?
La risposta mi è arrivata procedendo nello studio: "Rout limita lo swing della tensione di uscita quindi non posso farla troppo grande"
Domanda 2: è giusto il ragionamento?
Domanda 3: è giusto definire lo swing della tensione di uscita come la differenza tra la Vmax e la Vmin che posso avere dal circuito?
Domanda 4: se consideriamo un caso molto semplice, ad esempio l'AMPLIFICATORE A MOSFET CON CARICO RESISTIVO, perché la R di carico mi riduce lo swing? Non dovrebbe essere il contrario? Voglio dire: se prendo una R di carico grande, la caduta di tensione su di essa sarà grande e quindi la Vout data da Vdd-Vr (dove Vr è la caduta su R) dovrebbe essere molto piccola e questo dovrebbe far aumentare il mio swing...

[abusivo]

Interessante, seguo!

[obiuan]

Ti rispondo con due domande:

- cosa intendi per zona "P.O."? non ho mai visto questa abbreviazione...sarà che son vecchio e quindi rincretinito, ma conosco le zone lineare e di saturazione, la P.O. proprio mi sfugge...
- con amplificatore a MOSFET, intendi un singolo stadio con un transistor e maglia di polarizzazione?
- se sì, con Rout intendi la R di drain?
- R di carico da drain a massa?

detto in altri termini, posti uno schemino che ci ragioniamo sopra?

[wizard]

Il circuito della domanda 4 è il seguente.
In verità non avevo intenzione di metterlo perché la domanda era generica ma mi rendo conto che per rispondere alla 4 forse è meglio uno schema.
N.B. so che manca la rete di polarizzazione ma semplicemente non credo che ce ne sia bisogno in questo caso (per rispondere alla domanda intendo)

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

1) P.O. sta per Pinch-Off ed è nei MOSFET quella che nei BJT viene indicata come zona di saturazione. L'equivalente della zona lineare invece è la regione di triodo (nei MOSFET esiste pure una "regione lineare" ma si intende una regione in profondissima regione di triodo)...non so ma da quando ho studiato questi dispositivi ho sempre letto di tale differenziazione
2) sì intendo un singolo stadio con un transistor e maglia di polarizzazione (che nel disegno non ho riportato per i motivi suddetti)
3) Con Rout indico la resistenza di uscita quindi anche la R di drain (che dovrebbe andare in parallelo a l resto che si calcola dall'analisi circuitale)
4) quando dico R carico intendo dire Rd, in effetti mi rendo conto di aver sbagliato a spiegare

Allora la Domanda 4 diventa: se consideriamo un caso molto semplice, ad esempio l'AMPLIFICATORE A MOSFET CON CARICO RESISTIVO, perché la Rd riduce lo swing? Non dovrebbe essere il contrario? Voglio dire: se prendo una Rd grande, la caduta di tensione su di essa sarà grande e quindi la Vout data da Vdd-Vr (dove Vr è la caduta su R) dovrebbe essere molto piccola e questo dovrebbe far aumentare il mio swing...

[banjoman]

Tutto parte dall'affermazione che dice che gli amplificatori devono lavorare in P.O.

Dove hai letto ciò? P.O. = Pinch Off, ed è la regione della caratteristica in cui il mosfet non conduce più.

Ohmica: è la zona in cui e , il dispositivo funziona come una resistenza variabile il cui valore è controllato da .
Pinch-off o Cut-off è la zona in cui e il mosfet è interdetto ()
Saturazione: e e il dispositivo lavora nella zona a corrente costante. E' in questa zona che deve lavorare se si desidera utilizzarlo come amplificatore.

Il grafico dovrebbe aiutarti a chiarire le idee:

[obiuan]

1) P.O. sta per Pinch-Off ed è nei MOSFET quella che nei BJT viene indicata come zona di saturazione. L'equivalente della zona lineare invece è la regione di triodo (nei MOSFET esiste pure una "regione lineare" ma si intende una regione in profondissima regione di triodo)...non so ma da quando ho studiato questi dispositivi ho sempre letto di tale differenziazione

Aspetta...regione triodo è l'equivalente della "saturazione" del BJT, mentre l'equivalente della zona attiva nel BJT si chiama regione di saturazione. Nei MOSFET, il Pinch-Off è quella condizione in cui la tensione alla quale la caduta di potenziale ai capi dell'ossido all'estremo di Drain è pari a , cioè in sostanza in cui si ha . La tensione di drain alla quale avviene tale fenomeno è chiamata tensione di saturazione.

comunque, l'importante è capirsi quindi facciamo dunque riferimento a questa caratteristica:

Continuando:

Tutto parte dall'affermazione che dice che gli amplificatori devono lavorare in P.O.

Direi che i tuoi problemi iniziano da questa affermazione. O hai frainteso, o il tuo insegnante con zona di pinch off intende la zona di saturazione, o l'affermazione è sbagliata...direi che la prima delle tre è la più probabile :)

Mi sono chiesto il perché e ho cercato di rispondere nel seguente modo: se definisco il guadagno come il rapporto tra la variazione della Vout e di quella della Vin allora per avere il guadagno massimo devo lavorare nella regione della caratteristica Vout-Vin che ha la pendenza maggiore; tale regione è proprio quella di P.O.
Domanda 1: è giusto tale ragionamento o ho travisato il problema?

la (trans)caratteristica d'uscita (quella qui sopra) rappresenta la corrente di drain in funzione della tensione drain-source, parametrizzata dalla Vgs che è la tua Vin. Detto in altri termini, pensa che quando l'ingresso cambia non è che la Vds si muove sulle curve della caratteristica, ma salta da una caratteristica all'altra. Essendo le variazionid di Vds, alla fine dei conti, proprio l'uscita, l'amplificazione è massima quando le curve sono massimamente distanti fra loro, e quindi in zona di saturazione.

2) sì intendo un singolo stadio con un transistor e maglia di polarizzazione (che nel disegno non ho riportato per i motivi suddetti)
3) Con Rout indico la resistenza di uscita quindi anche la R di drain (che dovrebbe andare in parallelo a l resto che si calcola dall'analisi circuitale)
4) quando dico R carico intendo dire Rd, in effetti mi rendo conto di aver sbagliato a spiegare

Allora la Domanda 4 diventa: se consideriamo un caso molto semplice, ad esempio l'AMPLIFICATORE A MOSFET CON CARICO RESISTIVO, perché la Rd riduce lo swing? Non dovrebbe essere il contrario? Voglio dire: se prendo una Rd grande, la caduta di tensione su di essa sarà grande e quindi la Vout data da Vdd-Vr (dove Vr è la caduta su R) dovrebbe essere molto piccola e questo dovrebbe far aumentare il mio swing...

il tuo ragionamento è giusto, a parità di si ha tanto più segnale tanto più è alta. Sicuro che il discorso sullo swing non fosse per esempio:

Attenzione: quando ad un amplificatore collegate una resistenza di carico, tale resistenza diminuisce lo swing d'uscita perché dal punto di vista del segnale, va a finire in parallelo alla R di drain.

[wizard]

Io per P.O. intendo la regione di saturazione indicata da obiuan, l'incomprensione è nata inserendo nel discorso il BJT purtroppo
Per me la regione di P.O. è quella in cui anche se si aumenta la tensione Vds il passaggio di corrente Id non aumenta più linearmente, anzi si stabilizza ad un valore di saturazione

Pinch-off o Cut-off è la zona in cui e il mosfet è interdetto ()

banjoman per carità, non voglio contraddirti ma P.O., per come la vedo io, non è cut-off...guardati la caratteristica postata da obiuan e capirai cosa intendo io per cut-off...per me quella caratteristica è vangelo

Direi che i tuoi problemi iniziano da questa affermazione. O hai frainteso, o il tuo insegnante con zona di pinch off intende la zona di saturazione, o l'affermazione è sbagliata...direi che la prima delle tre è la più probabile :)

No, intendevo proprio quella regione!!!
Per cortesia dai un'occhiata a pag. 12 di questo documento trovato su internet che non fa altro che dire quanto ho sempre detto...è giusto per rendermi conto che sono ancora capace di leggere e capire
http://www.ing.unisannio.it/elettronica ... le/MOS.pdf

Sicuro che il discorso sullo swing non fosse per esempio:

Attenzione: quando ad un amplificatore collegate una resistenza di carico, tale resistenza diminuisce lo swing d'uscita perché dal punto di vista del segnale, va a finire in parallelo alla R di drain.

Controllerò

Comunque grazie per le risposte

[obiuan]

No, intendevo proprio quella regione!!!
Per cortesia dai un'occhiata a pag. 12 di questo documento trovato su internet che non fa altro che dire quanto ho sempre detto...è giusto per rendermi conto che sono ancora capace di leggere e capire
http://www.ing.unisannio.it/elettronica ... le/MOS.pdf

era appunto la seconda delle tre possibilità che ti avevo detto: nel documento la zona di pinch off è appunto quella di saturazione, e quindi:

Direi che i tuoi problemi iniziano da questa affermazione. O hai frainteso, o il tuo insegnante con zona di pinch off intende la zona di saturazione, o l'affermazione è sbagliata...direi che la prima delle tre è la più probabile :)

Allora, a parte il fatto che è la prima volta che la sento chiamare così, la risposta alle tue domande è:

1- è giusto, anche se avrei preferito parlassi di rette di carico sovrapposte alla transcaratteristica d'uscita, al posto di caratteristica Vout/Vin che dipende dai valori dei componenti (a volerla costruire).
2- è giusto
3- è giusto
4- vedi post precedente

[wizard]

era appunto la seconda delle tre possibilità che ti avevo detto: nel documento la zona di pinch off è appunto quella di saturazione

l'importante è che ci siamo capiti

Per tornare sulla 4) ti cito testualmente: "In application requiring a large voltage gain in a single stage, the relantionship Av=-gmRd suggests that we increase the load impedance of the CS stage. With a resistor or diode-connected load, however, increasing the load resistance limits the output voltage swing."

[banjoman]

E' ovvio che quando il mosfet lavora in regime di saturazione è anche in pinch-off.
Io però, a scanso di equivoci, ho sempre definito la "zona di pinch-off o di cut-off" la regione in cui il mosfet opera come un circuito aperto.
Nella regione di saturazione (o a corrente costante che dir si voglia), il mosfet ovviamente ha raggiunto il pinch-off, ma al tempo stesso scorre una corrente, che è indipendente dalla . Tutto ciò proprio per evitare equivoci del tipo appena visto
Nel mio grafico infatti la regione di pinch-off (cut-off) è chiaramente evidenziata in basso. Credo che per tagliare la testa al toro, possiamo definire quella regione come zona di cut-off e basta, così evitiamo equivoci