Worldlex Wiki
Article de reference

Source commune

Figure 1 : Circuit de base JFET à canal N à source commune ( détails de polarisation négligés ). Figure 2 : Circuit JFET à canal N de base à source commune avec . En électroniqu...

Worldlex WikiContenu en francaisLecture gratuite
Figure 1 : Circuit de base JFET à canal N à source commune ( détails de polarisation négligés ).
Figure 2 : Circuit JFET à canal N de base à source commune avec électronique , un amplificateur à source commune est l'une des trois topologies de base d'amplificateurs à transistor à effet de champ (FET) à un étage, généralement utilisé comme amplificateur de tension ou de transconductance . La méthode la plus simple pour déterminer si un FET est à source commune, à drain commun ou à grille commune consiste à examiner les points d'entrée et de sortie du signal. La borne restante est appelée « commune ». Dans cet exemple, le signal entre par la grille et sort par le drain. La seule borne restante est la source. Il s'agit d'un circuit FET à source commune. Le circuit analogue à transistor bipolaire peut être considéré comme un amplificateur de transconductance ou un amplificateur de tension (voir la classification des amplificateurs ). En tant qu'amplificateur de transconductance, la tension d'entrée module le courant alimentant la charge. En tant qu'amplificateur de tension, la tension d'entrée module le courant traversant le FET, modifiant ainsi la tension aux bornes de la résistance de sortie selon la loi d'Ohm . Cependant, la résistance de sortie d'un transistor FET est généralement trop élevée pour un amplificateur à transconductance performant ( idéalement infinie ), et trop faible pour un amplificateur de tension correct ( idéalement nulle ). Comme indiqué dans la formule ci-dessous, le gain en tension dépend de la résistance de charge ; il est donc inadapté pour alimenter des dispositifs à faible résistance, tels qu'un haut-parleur (8 ohms). Un autre inconvénient majeur réside dans la réponse en haute fréquence limitée de l'amplificateur. C'est pourquoi, en pratique, le signal de sortie est souvent acheminé vers un suiveur de tension ( étage à drain commun ou CD) ou un suiveur de courant ( étage à grille commune ou CG) afin d'obtenir des caractéristiques de sortie et de fréquence plus favorables. La combinaison CS-CG est appelée amplificateur cascode .

modèle hybride-pi simplifié (où la résistance de sortie due à la modulation de longueur du canal n'est pas prise en compte), les caractéristiques de petits signaux en boucle fermée suivantes peuvent être dérivées.

Bande passante

Figure 3 : Amplificateur MOSFET à canal N de base à source commune avec charge active I D .
Figure 4 : Circuit petit signal pour amplificateur à source commune MOSFET à canal N.
Figure 5 : Circuit petit signal pour amplificateur à source commune MOSFET à canal N utilisant le théorème de Miller pour introduire la capacité de Miller C M .

La bande passante d'un amplificateur à source commune est généralement faible en raison de la capacité élevée due à l' effet Miller . La capacité grille-drain est multipliée par un facteur donné , ce qui augmente la capacité d'entrée totale et réduit la bande passante globale.

La figure 3 représente un amplificateur MOSFET à source commune avec une charge active . La figure 4 illustre le circuit petits signaux correspondant lorsqu'une résistance de charge R<sub> L</sub> est ajoutée à la sortie et un étage de Thévenin , alimenté par une tension V <sub> A</sub> et présentant une résistance série R<sub> A </sub>, à l'entrée. La limitation de bande passante de ce circuit est due au couplage entre la capacité parasite C <sub>gd</sub> du transistor (entre la grille et le drain) et la résistance série R<sub> A</sub> de la source . (D'autres capacités parasites existent, mais elles sont négligées ici car leur influence sur la bande passante est secondaire.)

En utilisant le théorème de Miller , le circuit de la figure 4 est transformé en celui de la figure 5, qui représente la capacité de Miller C<sub> M</sub> à l'entrée du circuit. La valeur de C<sub> M</sub> est déterminée en égalant le courant dans le circuit d'entrée de la figure 5 à travers la capacité de Miller, soit i <sub> M </sub> :

au courant prélevé à l'entrée par le condensateur C <sub>gd</sub> de la figure 4, à savoir j <sub>ω</sub> C <sub>gd</sub> v <sub>GD</sub> . Ces deux courants sont identiques, ce qui confère aux deux circuits le même comportement en entrée, pourvu que la capacité de Miller soit donnée par :

En général, la dépendance en fréquence du gain v<sub> D</sub> / v<sub> G </sub> est négligeable, même pour des fréquences légèrement supérieures à la fréquence de coupure de l'amplificateur. Cela signifie qu'un modèle hybride pi basse fréquence est précis pour déterminer v <sub>D </sub> / v<sub> G </sub> . Cette évaluation correspond à l'approximation de Miller et fournit l'estimation suivante (il suffit de mettre les capacités à zéro sur la figure 5) :

la capacité de Miller est donc

Le gain g<sub> m</sub> ( r<sub> O</sub> || R<sub> L</sub> ) est important pour de grandes valeurs de R<sub> L</sub> , de sorte que même une faible capacité parasite C <sub>gd</sub> peut avoir une influence significative sur la réponse en fréquence de l'amplificateur. De nombreuses astuces de circuit sont utilisées pour contrer cet effet. L'une d'elles consiste à ajouter un étage à grille commune (suiveur de courant) pour réaliser un circuit cascode . L'étage suiveur de courant présente une charge très faible à l'étage à source commune, à savoir la résistance d'entrée du suiveur de courant ( R <sub> L </sub> ≈ 1/ g <sub> m </sub> ≈ V <sub>ov</sub> /(2I <sub> D</sub> ) ; voir grille commune ). Une faible valeur de R <sub>L</sub> réduit C <sub>M</sub> . L'article sur l' amplificateur à émetteur commun aborde d'autres solutions à ce problème.

Pour revenir à la figure 5, la tension de grille est liée au signal d'entrée par division de tension comme suit :

La bande passante (également appelée fréquence de coupure à -3 décibels , dB( module de (1+j) =

Si la capacité parasite grille-source Cgs est incluse dans l'analyse, elle est simplement en parallèle avec Cm , donc

On remarque que f<sub> 3dB </sub> devient important si la résistance de source R<sub> A </sub> est faible ; l’amplification Miller de la capacité a donc peu d’effet sur la bande passante pour les faibles valeurs de R<sub> A</sub> . Cette observation suggère une autre astuce pour augmenter la bande passante : ajouter un étage à drain commun (suiveur de tension) entre l’étage pilote et l’étage à source commune, de sorte que la résistance de Thévenin de l’ensemble pilote + suiveur de tension soit inférieure à la résistance R <sub> A</sub> de l’étage pilote d’origine.

L'examen du circuit de sortie (figure 2) permet de déterminer la dépendance fréquentielle du gain v<sub> D</sub> / v<sub> G </sub>, confirmant ainsi que l'évaluation basse fréquence de la capacité de Miller est valable même pour des fréquences f supérieures à f <sub> 3dB </sub> . (Voir l'article sur la séparation des pôles pour plus de détails sur le traitement du circuit de sortie.)