“ ความต้านทานต่อการมองเข้าไป” หมายถึงอะไร?

ดูวงจรนี้จากไมโครอิเล็กทรอนิกส์ Sedra & Smith รุ่นที่ 6 หน้า 287:

มันบอกว่าความต้านทานระหว่างเกตและแหล่งที่มามองเข้าไปที่แหล่งที่มาคือ 1 / gm แต่ความต้านทานระหว่างเกตและแหล่งที่มองเข้าไปที่เกทนั้นไม่มีที่สิ้นสุด ทำไม? “ การมองหา” หมายถึงอะไรและอะไรที่ทำให้แตกต่าง?

ตามความเข้าใจของฉันไม่ว่าคุณจะมองเข้าไปในแหล่งที่มาหรือเข้าไปที่ประตูความต้านทานระหว่าง G และ S คือ 1 / gm หากคุณใส่แรงดันไฟฟ้าระหว่าง G และ S และวัดกระแสตามกฎของโอห์มคุณจะพบว่า R คือ 1 / gm

ต้องมีบางอย่างที่ฉันไม่เข้าใจ

แก้ไข: นี่คืออีกสิ่งที่เกี่ยวข้องฉันไม่เข้าใจ ดูวงจรนี้:

มันบอกว่ารินคือ vi / -i ฉันสามารถดูว่าการแสดงออกนี้มาจากไหน แต่ฉันไม่ทราบคำจำกัดความที่เป็นทางการของริน ทำไมถึงมี - หน้าฉัน

สำหรับคำตอบสั้น ๆ :

$i_{gate} = 0$$i_{d} = V_{gs}*g_m$เมตรเมื่อเขาพูดว่า "มองเข้าไปที่ประตู" เขากำลังมองมุมมองของกระแสที่ประตู เมื่อเขาพูดว่า "มองเข้าไปในแหล่งที่มา" เขากำลังมองมุมมองของกระแสที่แหล่งกำเนิด เขาจะต้องระบุเนื่องจากกระแสจะแตกต่างกันไปในแต่ละเทอร์มินัลแม้ว่าพวกเขาจะใช้แรงดันไฟฟ้าร่วมกันระหว่างพวกเขาตามกฎ FET

สำหรับคำตอบที่อธิบายมานาน:

ผู้เขียนอ้างถึงแนวคิดของ thevenin หรือทฤษฎีบทของนอร์ตันและวิธีการที่พวกเขาใช้ ขึ้นอยู่กับโหนดที่คุณดู การพึ่งพานี้ขึ้นอยู่กับชุดของกฎที่ผู้เขียนใช้สำหรับอธิบาย FET โปรดจำไว้ว่าอิมพีแดนซ์เป็นความต้านทานที่ซับซ้อนซึ่งสามารถต้านทานได้อย่างหมดจดหรือขึ้นกับความถี่

ดูบทความของวิกิพีเดีย (เขายังอธิบายไว้ในบท Sedra และ Smith ก่อนหน้านี้): http://en.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9venin%27s_theorem

ในการเพิ่มบริบทให้กับการสนทนาเราไม่สามารถสร้าง FET จากองค์ประกอบเชิงเส้นปกติเช่นตัวต้านทานตัวเก็บประจุและแหล่งข้อมูลอิสระ อย่างไรก็ตามเราสามารถสร้างแบบจำลองที่ "ทำหน้าที่" เช่น FET (ในพื้นที่ปฏิบัติการเชิงเส้นขนาดเล็ก) โดยการเพิ่มแหล่งกระแสที่ขึ้นต่อกันและทำให้แหล่งนี้ขึ้นอยู่กับกฎของ FET กฎเหล่านี้ลดความซับซ้อนของการทำงานของ FET แต่ให้เราประมาณพฤติกรรมของมันกับองค์ประกอบวงจรปกติ บางครั้งกฎจะถูกสมมติหรือนำไปใช้เพื่อให้สิทธิ์และผู้เขียนได้ทำสิ่งนี้ค่อนข้างในรูปนั้นโดยใช้กฎเพื่อแทนที่สัญชาตญาณของเราว่าวงจรทำงานอย่างไร ตัวต้านทานที่เขาแสดงนั้นเป็นภาพลวงตาที่เกิดจากกฎ FET คุณจะเห็นในตอนต่อมาในบทที่เขาวาดวงจรที่ใช้งานง่ายมากขึ้นโดยที่เกตนั้นลอยตัวเพื่อบอกถึงกระแส 0 ในเกท ที่นี่เขาใช้กฎพีชคณิตเพื่อทำสิ่งเดียวกัน

ในรูปแรกของคุณช่องประตูเชื่อมต่อโดยตรงกับตัวต้านทานที่มีค่าเป็น "1 / gm" สัญชาตญาณจะบอกว่าถ้าแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ถูกนำมาใช้ระหว่างเกตและแหล่งกำเนิดกระแสจะไหลผ่านตัวต้านทานนี้และกระแสนั้นควรเชื่อฟัง KCL ด้วยการซ้อนทับเช่นกระแสจาก Vgs ในโหนดหนึ่งควรเท่ากับกระแสจากโหนดอื่น จากนั้นคุณอาจคิดอย่างสังหรณ์ใจว่าอิมพีแดนซ์จากเกตสู่แหล่งที่มานั้นดูเหมือนกับที่มาจากเกตกับเกท อย่างไรก็ตามหนึ่งในกฎที่เขาวาดคือเกตปัจจุบัน = 0 ดังนั้นคุณต้องปฏิบัติตามกฎนี้เสมอเมื่อได้รับเนื่องจากเป็นกฎที่วางโมเดล FET แม้ว่ามันจะไม่ง่ายต่อการวาดวงจร เพื่อทำความเข้าใจว่าทำไมคุณต้องศึกษาการออกแบบทางกายภาพของ FET และผู้แต่งถือว่าคุณได้ยอมรับกฎนี้เท่านั้น

ตอนนี้เรากลับไปที่แนวคิดของทฤษฎีบทของเวนเทนและดูวงจร เช่นเดียวกับวงจรใด ๆ เราสามารถใช้กฎของโอห์มเพื่ออธิบายว่ามันทำงานอย่างไรหรือตอบสนองต่อโมเดล FET เหล่านี้ เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่รู้จักถูกนำไปใช้กับ 2 โหนดในวงจรใด ๆ จำนวนของกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะไหลระหว่าง 2 โหนดเหล่านั้นผ่านความต้านทานของมัน แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจะเท่ากันในโหนดเหล่านั้นจากกระแสที่รู้จักที่ไหลผ่านอิมพีแดนซ์ เราไม่สนใจว่าวงจรชนิดใดที่อยู่เบื้องหลัง 2 โหนดเหล่านี้จริง ๆ เพราะมันสามารถอธิบายได้ด้วยความต้านทานที่เรา "เห็น" โดยไม่ทราบว่ามีอะไรอยู่ภายใน

เหตุผลที่เขาต้องระบุว่าส่วนใดของ FET ที่เขากำลังดูอยู่เพราะขึ้นอยู่กับเทอร์มินัลของ FET ที่คุณดูมันจะทำงานกับ "กฎ FET" เพียงอย่างเดียวที่ใช้กับเทอร์มินัลนั้นและไม่จำเป็นต้องใช้กับ คนอื่น ๆ

เมื่อเขาพูดว่า "ดู" เขาหมายถึงเรากำลังใช้สัญญาณอินพุต (ไม่ว่าจะเป็นแรงดันไฟฟ้าที่รู้จักหรือกระแสที่รู้จัก) และเห็นว่ากระแสไฟฟ้าไหลมากหรือแรงดันไฟฟ้าที่ประทับใจเป็นผลตามกฎของอาคารนั้น . เมื่อเราพูดว่า "อิมพีแดนซ์ที่เห็นได้จาก" เรามักจะหมายถึงอิมพีแดนซ์ของเอาต์พุตหรือว่าเรากำลังดูสัญญาณเอาต์พุตและดูว่ากระแสไฟฟ้าไหลออกมามากแค่ไหนที่เอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าที่รู้จัก

ตัวอย่างเช่นใช้การอ้างสิทธิ์ครั้งที่สองของเขาว่าความต้านทานระหว่างเกตและแหล่งที่มามองไปที่เกทนั้นไม่มีที่สิ้นสุด หากเราใช้ทฤษฎีบท thevenins และใช้แรงดันไฟฟ้าอินพุตใด ๆ จากเกตกับแหล่งที่มาแล้วใช้กฎของโอห์มเราจะเห็นว่าเขาหมายถึงอะไร:

$R_{input} = \dfrac{V_{input}}{I{input}}$

แต่กฎของเขาสำหรับประตู FET จะแทนที่ Igate = 0 และดังนั้น R จะไม่มีที่สิ้นสุดสำหรับแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ที่ใช้จากเกตไปยังแหล่งที่มา - กระแสจะไม่ไหล!

มันเป็นเรื่องยากเพราะแม้ว่าจะมีแรงดันไฟฟ้าที่ใช้และไม่มีกระแสไหลระหว่างเกทและแหล่งกำเนิดกระแสจากท่อระบายน้ำยังคงสามารถไหลเข้าสู่โหนดที่ทั้ง 3 เส้นทางพบกันเพราะกฎของตัวเองกับแหล่งกระแสที่ขึ้นต่อกัน บอกว่ากระแสไหลผ่านมัน ตั้งแต่ Igate = 0 กระแสไฟฟ้าตัวใดตัวหนึ่งไหลผ่านโหนดและทั้งหมดจะไหลออกจากเทอร์มินัลต้นทาง (จาก KCL) เนื่องจากกระแสนั้นไม่ไหลเข้าประตูจึงไม่ใช่ส่วนหนึ่งของ "มองเข้าไปที่ประตู"

ทีนี้เราสามารถอ้างสิทธิ์ครั้งแรกของเขาได้ว่า "ความต้านทานระหว่างเกตและแหล่งที่มามองไปที่แหล่งที่มาคือ 1 / gm" ดังที่ได้กล่าวถึงแม้ว่าจะไม่มีกระแสไฟฟ้าจากเกตไปสู่แหล่งจ่าย (อิมพิแดนซ์ไม่มีที่สิ้นสุด) ปัจจุบันยังสามารถไหลในแหล่งที่มาได้เนื่องจากแหล่งกระแสที่ขึ้นต่อเนื่องของท่อระบายน้ำนั้นจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าระหว่างเกตและแหล่งที่มา จีเอ็ม:

$i_d = V_{gs}*g_m = i_s$

ดังนั้นตอนนี้เราต้องใช้สมการทางกฎหมายของโอห์มอีกครั้งเพื่อกำหนดความต้านทานที่เทียบเท่า "มองหา" แหล่งที่มาถึงเกต

ครั้งแรกที่เราใช้แรงดันไฟฟ้าในทั้งสองขั้วที่เราต้องการค้นหาความต้านทานของ อีกครั้งมันคือ Vgs อย่างไรก็ตามเวลานี้เนื่องจากเรากำลังค้นหาแหล่งที่มากระแสไม่เท่ากับ 0 ดังนั้นเราจึงสามารถเห็นได้ว่าจะมีความแตกต่างของความต้านทานเมื่อเปรียบเทียบกับการมองดูประตูก่อน

เนื่องจากกระแสของท่อระบายน้ำขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า Vgs ที่นำไปใช้กระแสไฟฟ้าจากท่อระบายน้ำจะเป็นดังนี้:

$V_{gs}*g_m$

ตอนนี้อีกครั้งโดยใช้ KCL ที่โหนดชุมทางกระแสทั้งหมดนี้จากท่อระบายน้ำจะต้องผ่านแหล่งที่มาตั้งแต่ igate = 0 ตอนนี้เรารู้พอที่จะหาอิมพิแดนซ์แล้ว

ถ้าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้คือ Vgs และกระแสที่เราเห็นที่แหล่งที่มาคือ Vgs * gm ดังนั้น:

$R = \dfrac{V}{I} => R = \dfrac{V_{gs}}{V_{gs}g_m} = \dfrac{1}{g_m}$

ดังนั้นจึงเป็นเรื่องบังเอิญเกี่ยวกับพีชคณิตที่ R = 1 / gm แม้ว่ามันจะถูกวาดในร่างของเขาเหมือนตัวต้านทานที่แท้จริงระหว่างเกตและแหล่งที่มา นี่ไม่ใช่ตัวต้านทานที่แท้จริงเพียงโมเดลวงจรที่มีกฎมากพอที่จะทำให้มันทำหน้าที่เหมือน FET แทน!

ด้วยการทำเช่นนี้เราสามารถเข้าใจถึงวิธีการทำงานของแบบจำลอง FET และวิธีจำลองแบบ FET จริงในโหมดความอิ่มตัว แรงดันไฟฟ้าใด ๆ ที่ใช้กับ Vgs จะไม่ดึงกระแสจาก Vg ถึง Vs แต่มันจะบังคับให้กระแสไหลผ่านท่อระบายน้ำไปยังแหล่งที่มาตามกฎ FET และกระแสนี้เป็นสัดส่วนกับปริมาณแรงดันไฟฟ้าที่เรามีที่ Vgs

หากเราทำให้ค่าการเปลี่ยนแปลงของค่าการเปลี่ยนความถี่สูงมากเราก็ต้องการแรงดันไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยที่ Vgs เพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ผ่านทางท่อระบายน้ำไปยังแหล่งกำเนิดและด้วยเหตุนี้ความต้านทาน 1 / gm จะเข้าหา 0 เพื่อให้ดูเหมือนว่า ไม่มีอิมพีแดนซ์จากเกตสู่แหล่งที่มา (เฉพาะเมื่อมองจากมุมมองของแหล่งที่มาเนื่องจากกฎ!) สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าค่า FET ในความอิ่มตัวนั้นเหมือนกับแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าอย่างไร

ตอนแรกฉันรำคาญมากกับแนวคิด 'การต่อต้านการมองเข้าไปใน' แต่ตอนนี้ฉันสามารถดูได้ง่าย ๆ ว่ามันคืออะไรฉันจะพยายามอธิบายในภาษาของฆราวาส

คุณคำนวณความต้านทานระหว่างสองจุดในวงจรใด ๆ ได้อย่างไรคุณใช้แรงดันไฟฟ้าหากระแสและ V / I นี่คือสิ่งที่ผู้เริ่มต้นมองข้ามเนื่องจากพวกเขาคุ้นเคยกับการทำงานกับอุปกรณ์ปลายทาง 2 ตัวที่กระแสใดก็ตามที่ไหลเข้าขั้วหนึ่งออกมาจากอีกขั้วหนึ่งดังนั้นเราจึงพูดถึงความต้านทาน / อิมพีแดนซ์ แต่ในวงจรทั่วไปมันไม่ได้เป็นจริงเสมอไปในตัวอย่างง่ายๆ (สำหรับภาพประกอบ) ลองพิจารณาทรานซิสเตอร์ BJT ลำเอียงโดยวิธีการบางอย่าง ทีนี้ถ้าคุณต้องการหาความต้านทานระหว่างจุดสองจุดพูดระหว่างตัวส่งสัญญาณและฐานคุณจะใช้แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าระหว่างพวกเขา แต่คุณเห็นว่ากระแสที่เข้าสู่ฐานนั้นจะไม่เหมือนกับกระแสที่จะออกมา อีซีแอลดังนั้นในปัจจุบันคุณจะใช้เพื่อค้นหาความต้านทานโดย V / I ดังนั้นนี่คือบทบาทของ 'มองเข้าไปในแนวคิด'

การประมาณและการทำให้เข้าใจง่ายที่ใช้ในการวิเคราะห์สัญญาณขนาดเล็กทำให้การออกแบบตัวกรองแบบอะนาล็อกและตัวขยายสัญญาณอนาล็อกทำได้ง่ายขึ้นมาก

โดยทั่วไป "ความต้านทานที่มองเข้าไป" พินบางตัวเป็นความต้านทานเทียบเท่าสัญญาณขนาดเล็กที่เรา "เห็น" เมื่อเราบังคับให้มีการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยในพินนั้นและวัดการเปลี่ยนแปลงของกระแสที่เข้าสู่พินนั้น

ตัวอย่างเช่นในภาพประกอบนี้

ถาม: รินคือ vi / -i ทำไมถึงมี - หน้าฉัน

คำจำกัดความของความต้านทานสัญญาณขนาดเล็กคือแรงดันไฟฟ้า (เพิ่มขึ้นเล็กน้อย) ที่พินบางหารด้วยกระแส (เพิ่มขึ้นเล็กน้อย) ไปสู่พินเดียวกันนั้น ภาพประกอบนี้นิยาม "i" ว่ากระแสออกมาจากขา S ดังนั้น "กระแสที่เข้าสู่ S" คือ "-i"

หากคุณใส่แรงดันไฟฟ้าระหว่าง G และ S และวัดกระแสตามกฎของโอห์มคุณจะพบว่า R คือ 1 / gm

คุณได้ความคิดนั้นมาจากไหน

หากคุณใส่แรงดันไฟฟ้าระหว่าง G และ S และวัดกระแส (ใช้วงจรจำลองอุดมคติเช่น SPICE หรือเดินสายวงจรเครื่องขยายเสียงบางส่วนด้วย FET แล้วใช้พัลส์แรงดันไฟฟ้ากับหมุดและวัดพัลส์ประจุไฟฟ้า เข้าไปในพินเหล่านั้น) คุณจะพบว่ากระแสไฟฟ้าเข้าสู่ G นั้นแตกต่างจากกระแสไฟฟ้าเป็น S

คุณจะใช้กฎของโอห์มกับแรงดันไฟฟ้าเดี่ยวและสองกระแสที่ต่างกันได้อย่างไร

วงจรนี้เป็นรุ่นสัญญาณขนาดเล็กรวมถึงการประมาณค่าอุดมคติให้กับ FET เช่นเดียวกับสัญญาณขนาดเล็กทุกรุ่นมันละเลยแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสคงที่และ "แรงดันไฟฟ้า" และ "กระแส" เป็นตัวแทนของพัลส์ขนาดเล็กหรือสัญญาณขนาดเล็กอื่น ๆ ที่ขี่อยู่ด้านบนของแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงและกระแสคงที่ .

ใน FET ทางกายภาพเลเยอร์ฉนวนบาง ๆ จะป้องกันกระแสไฟฟ้าไหลเข้าหรือออกจากประตูทำให้กระแสไฟฟ้าเข้าสู่เกตเป็นศูนย์ จากนั้นการอนุรักษ์ประจุและการผลักประจุทำให้เกิดกระแสที่เข้าสู่ D เพื่อเท่ากับกระแสที่ออกไปจาก S และในทางกลับกัน

ในแบบจำลองนามธรรมนี้แหล่งกระแสที่ขึ้นกับกระแสจะบังคับให้กระแสที่เข้าสู่ D นั้นเท่ากับกระแสที่ไหลออกจาก S และในทางกลับกันทำให้กระแสใน G เท่ากับ "บังเอิญ" จะเป็นศูนย์เสมอ รุ่นนี้ได้รับการเวรกรรมไปข้างหลัง แต่มักจะใช้เป็นการประมาณที่สะดวก EwokNightmares ชี้ให้เห็นว่ามีวิธีอื่นอีกมากมายในการสร้างแบบจำลอง FET ซึ่งบางวิธีใช้งานง่ายกว่าวิธีอื่น ๆ แบบจำลองทั้งหมดจบลงด้วยการทำบางสิ่งบางอย่างเพื่อบังคับให้กระแสไฟฟ้าเข้าสู่ G เป็นศูนย์ (เพื่อให้แบบจำลอง FET จริงอย่างถูกต้อง)

รินเป็นอนันต์เมื่อมองเข้าไปในอาคารผู้โดยสารขณะที่ Ig = 0 ดังนั้น Vin / Ig จึงไม่มีที่สิ้นสุด ในขณะที่เมื่อมองเข้าไปในเทอร์มินัลของแหล่งข้อมูล Gate จะต่อสายดินและ Is ไม่มีข้อ จำกัด (ต่างจาก Ig) ดังนั้นจึงใช้ KVL (Vin-0) / (Is) = 1 / gm

และสำหรับสัญลักษณ์ -ve มันเป็นค่าลบเมื่อ Iin ถูกนำตัวไปที่ FET หรือออกจาก Vin

หมายเหตุ: Vin ในข้อความทั้งหมดหมายถึงการทดสอบแรงดันไฟฟ้าซึ่งใช้ขณะคำนวณความต้านทานของอินพุต