Fælles drain

Fælles drain, også kendt som jordet drain eller sourcefølger, er navnet på et forstærkertrin baseret på en felteffekttransistor. Navnet skyldes at transistorens drain-tilledning (i teorien) står i forbindelse med den ene "side" af både ind- og udgangen på forstærkertrinnet. I tilfældet med en N-channel felteffekt-transistor er denne source-ledning dog forbundet til forsyningsspændingen, mens det er stelledningen der udgør den "fælles side" af ind- og udgang. Men da både stel- og forsyningsledningen er uden vekselspænding (dvs. signaler), kan man betragte begge dele som "AC-mæssigt stel", dvs. signalmæssigt det samme "sted".

Kendetegnende for et fælles drain-forstærkertrin er en meget høj indgangsimpedans (kan i visse tilfælde være op imod en million ohm), en udgangsimpedans på typisk nogle få kiloohm; det har således en forholdsvis stor strømforstærkning. Til gengæld er der ikke nogen spændingsforstærkning – udgangssignalets spænding vil i teorien være en anelse mindre end indgangssignalets.

Sådan virker fælles source-trinnetRediger

 
Diagram for et forstærkertrin af typen "Fælles drain"

Til højre ses diagrammet for et fælles drain-forstærkertrin: modstandene   og   danner en spændingsdeler der fastlægger den spænding der skal være på transistorens gate-forbindelse. Der går ikke nogen strøm i transistorens gate, så hvis man kan fastlægge transistorens arbejdspunkt sådan at gate-spændingen netop er 0 volt, kan man udelade   og "nøjes" med at forbinde gaten til stel gennem en meget stor (af størrelsesordenen 1-10 megaohm). Spændingen på gaten er så tilpas lavere end spændingen på source-terminalen, så der løber en vis strøm, kaldet hovedstrømmen gennem drain og source – for småsignal-transistorer typisk 1-10 milli-ampere. Denne strøm medfører et spændingsfald over sourcemodstanden  , så sourceterminalen er ca. halvt så stor som den til rådighed stående forsyningsspændiong  .

Systemet er "selv-stabiliserende" i og med at hvis strømmen stiger, stiger spændingsforskellen mellem source og gate, hvorved hovedstrømmen bringes ned igen, og systemet bringes tilbage mod det oprindelige arbejdspunkt.

Det signal der skal behandles, føres ind gennem indgangskondensatoren   – denne tjener som skillekondensator for jævnspændinger, eftersom signalkilden oftest vil arbejde ved en anden spænding end den der skal være på sourcen. Signalet vil få spændingen på gaten til at variere, og i kraft af ovenstående stabiliserings-mekanisme vil spæningen på source "følge med" i indgangssignalets variationer, så der hele tiden er den samme spændingaforskel mellem gate og source. Deraf navnet source-følger.

EgenskaberRediger

Da udgangssignalet i er i fase med, og i praksis er præcist lige så stort som indgangsignalet, sker der ikke nogen spændingsforstærkning. Men eftersom udgangsimpedansen kan gøres markant mindre end indgangsimpedansen, finder fælles drain-trinnet anvendelse til impedanstipasningsformål hvor udgangsimpedansen fra en signalkilde skal bringes ned.

I de følgende formler repræsenterer symbolet   beregningen for parallelkobling af modstande/impedanser.

IndgangsimpedansRediger

Signalkilden driver gennem indgangskondensatoren   kun den eller de modstande der fastlægger gatespæningen, eftersom der ikke går nogen strøm i gaten selv. Derfor er indgangsimpedansen   givet ved  . Hvis gatens arbejdsspænding er nul volt, udelades  , og indgangimpedansen er da lig med den tilbageværende modstand  .

UdgangsimpedansRediger

Udgangsimpedansen   skabes af drainmodstanden   og "udgangs-admittansen"   i transistorens drain i forhold til source:  

ForstærkningRediger

Der sker ikke nogen spændingsforstærkning   i et fælles drain-forstærkertrin. Faktisk bliver udgangssignalet, afhængig af den evt. belastning   som udgangan skal drive, en anelse mindre end udgangssignalet, idet  

Til gengæld yder trinnet en vis strømforstærkning, idet ind- og udgangssignalerne "færdes" i vidt forskellige impedanser. Strømforstærkningen   kan approksimeres ved  

Nedre grænsefrekvensRediger

Skillekondensatorerne i ind- og udgang har den bivirkning at de sætte en nedre grænse for frekvenserne i de signaler trinnet kan bearbejde. Disse kondensatorer virker i samspil med ind- og udgangsimpedanserne samt den signalkilde hhv. belastning der tilsluttes, som et højpasled. Derfor skal disse kondensatorer have så tilpas store værdier, at denne nedre grænsefrekvens ikke får nogen praktisk betydning for anvendelsen af forstærkertrinnet.

Se ogsåRediger