mosfet放大器概述-mosfet放大器配置电压与电路原理解析

mosfet放大器概述

mosfet放(fang)大(da)器(qi)或(huo)任何放(fang)大(da)器(qi)的主要目标是产生输出(chu)信(xin)号，该输出(chu)信(xin)号忠实(shi)地再(zai)现其(qi)输入信(xin)号但在(zai)幅度上放(fang)大(da)。此输入信(xin)号可以是电流或(huo)电压，但对于mosfet器(qi)件作(zuo)为放(fang)大(da)器(qi)工(gong)作(zuo)，它必须被(bei)偏置以在(zai)其(qi)饱(bao)和区(qu)域内工(gong)作(zuo)。

有(you)两种基本(ben)类型(xing)的增强型(xing)MOSFET， n沟道(dao)(dao)和p沟道(dao)(dao)以及在(zai)这(zhei)个mosfet放大(da)器(qi)教(jiao)程中，我们研究了n沟道(dao)(dao)增强型(xing)MOSFET通常被称为(wei)NMOS，因为(wei)它可以相对于源极(ji)采用正(zheng)栅(zha)极(ji)和漏极(ji)电压工(gong)作(zuo)，而不是p沟道(dao)(dao)PMOS使用相对于源极(ji)的负栅(zha)极(ji)和漏极(ji)电压工(gong)作(zuo)。

mosfet器件(jian)的饱(bao)和(he)区域(yu)是其高于其阈值(zhi)电(dian)压的恒定(ding)电(dian)流(liu)区域(yu)，VTH。一(yi)旦(dan)在饱(bao)和(he)区域(yu)正确偏置，漏极电(dian)流(liu)ID会(hui)因(yin)栅极-源极电(dian)压而变(bian)化，VGS而不是漏极-源极电(dian)压，VDS 因(yin)为(wei)漏极电(dian)流(liu)被称(cheng)为(wei)饱(bao)和(he)。

增(zeng)强(qiang)型MOSFET，通(tong)过施加栅极电(dian)(dian)压产生的静电(dian)(dian)场(chang)增(zeng)强(qiang)了沟道的导电(dian)(dian)性，而不是像耗尽型MOSFET那样耗尽沟道。

mosfet放大电路的基本结构

MOSFET放大器(qi)使用(yong)以共源(yuan)配置(zhi)连(lian)接的金属氧化物硅晶体(ti)管(guan)。

mosfet与(yu)晶体(ti)管(guan)一样，也具有放大作(zuo)用，但与(yu)普通晶体(ti)管(guan)是电流控制型器件相反，场效应管(guan)是电压控制型器件。它具有输入阻抗高、噪声低的特点。

场效应管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)3个(ge)电(dian)极(ji)(ji)(ji)，即栅(zha)极(ji)(ji)(ji)、源极(ji)(ji)(ji)和漏极(ji)(ji)(ji)分别(bie)相当于(yu)晶(jing)(jing)(jing)体(ti)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)基(ji)极(ji)(ji)(ji)、发射(she)(she)极(ji)(ji)(ji)和集电(dian)极(ji)(ji)(ji)。图所(suo)示是(shi)场效应管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)3种(zhong)(zhong)(zhong)组态电(dian)路，即共(gong)(gong)源极(ji)(ji)(ji)、共(gong)(gong)漏极(ji)(ji)(ji)和共(gong)(gong)栅(zha)极(ji)(ji)(ji)放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)。图（a）所(suo)示是(shi)共(gong)(gong)源极(ji)(ji)(ji)放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)，它相当于(yu)晶(jing)(jing)(jing)体(ti)管(guan)(guan)(guan)共(gong)(gong)发射(she)(she)极(ji)(ji)(ji)放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)，是(shi)一(yi)种(zhong)(zhong)(zhong)最(zui)常用的(de)(de)电(dian)路。图（b）所(suo)示是(shi)共(gong)(gong)漏极(ji)(ji)(ji)放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)，相当于(yu)晶(jing)(jing)(jing)体(ti)管(guan)(guan)(guan)共(gong)(gong)集电(dian)极(ji)(ji)(ji)放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)，输(shu)入(ru)(ru)信号从漏极(ji)(ji)(ji)与栅(zha)极(ji)(ji)(ji)之(zhi)(zhi)间(jian)输(shu)入(ru)(ru)，输(shu)出(chu)信号从源极(ji)(ji)(ji)与漏极(ji)(ji)(ji)之(zhi)(zhi)间(jian)输(shu)出(chu)，这(zhei)种(zhong)(zhong)(zhong)电(dian)路又称(cheng)为源极(ji)(ji)(ji)输(shu)出(chu)器(qi)(qi)或源极(ji)(ji)(ji)跟随器(qi)(qi)。图（c）所(suo)示是(shi)共(gong)(gong)栅(zha)极(ji)(ji)(ji)放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)，它相当于(yu)晶(jing)(jing)(jing)体(ti)管(guan)(guan)(guan)共(gong)(gong)基(ji)极(ji)(ji)(ji)放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)，输(shu)入(ru)(ru)信号从栅(zha)极(ji)(ji)(ji)与源极(ji)(ji)(ji)之(zhi)(zhi)间(jian)输(shu)入(ru)(ru)，输(shu)出(chu)信号从漏极(ji)(ji)(ji)与栅(zha)极(ji)(ji)(ji)之(zhi)(zhi)间(jian)输(shu)出(chu)，这(zhei)种(zhong)(zhong)(zhong)放(fang)(fang)(fang)大(da)(da)器(qi)(qi)的(de)(de)高频(pin)特性比(bi)较好。

绝缘栅(zha)型场效(xiao)应(ying)管(guan)的输入电阻很(hen)高，如(ru)果(guo)在栅(zha)极上感(gan)应(ying)了(le)电荷，很(hen)不容易泄放(fang)(fang)，极易将PN结击穿而造(zao)成损坏。为了(le)避(bi)免发生PN结击穿损坏，存放(fang)(fang)时(shi)应(ying)将场效(xiao)应(ying)管(guan)的3个极短(duan)接；不要(yao)将它放(fang)(fang)在静电场很(hen)强的地方(fang)，必(bi)要(yao)时(shi)可放(fang)(fang)在屏蔽(bi)盒内。焊(han)接时(shi)，为了(le)避(bi)免电烙铁带有感(gan)应(ying)电荷，应(ying)将电烙铁从电源上拔下。焊(han)进电路板后，不能让栅(zha)极悬空。

mosfet放大器电路工作原理

（一）mosfet放大器电路原理-源极接地放大器

源极接地放(fang)大(da)器是场效应管放(fang)大(da)电(dian)路图(tu)(tu)最重要的(de)电(dian)路形式(shi)，其工(gong)作原(yuan)理(li)如(ru)图(tu)(tu)所示(shi)(shi)。图(tu)(tu)中，交流输(shu)(shu)入电(dian)压Ui在1/4周期内处于增大(da)的(de)趋势，因(yin)此(ci)在这(zhei)段(duan)时间内漏极电(dian)流ID增大(da)。ID的(de)增大(da)使(shi)负(fu)载上的(de)压降(jiang)增大(da)，UDS就下(xia)降(jiang)；当Ui在2/4周期内时，处于减(jian)(jian)小状态，UGS增大(da)，ID则减(jian)(jian)小，而ID的(de)减(jian)(jian)小使(shi)负(fu)载上的(de)压降(jiang)减(jian)(jian)小，UDS就上升。以(yi)此(ci)类(lei)推(tui)，其输(shu)(shu)入与(yu)输(shu)(shu)出信号的(de)波形如(ru)图(tu)(tu)中所示(shi)(shi)。Ui和ID的(de)相(xiang)位(wei)相(xiang)同，与(yu)输(shu)(shu)出信号电(dian)压UDS的(de)相(xiang)位(wei)相(xiang)反(fan)。

（二）mosfet放大器电路原理-栅极接地放大器

栅极接(jie)地(di)放大器(qi)适用于高频宽带放大器(qi)。

（三）mosfet放大器电路原理--漏极接地放大器

漏极(ji)接地放大器(qi)(qi)也称为源极(ji)跟(gen)随(sui)器(qi)(qi)或(huo)源极(ji)输出(chu)器(qi)(qi)，相当于双极(ji)型(xing)晶体(ti)管的(de)集电(dian)(dian)极(ji)接地电(dian)(dian)路。图为其基本连(lian)接图。源极(ji)跟(gen)随(sui)器(qi)(qi)最主(zhu)要的(de)特点(dian)是输出(chu)阻抗(kang)低。

由(you)于(yu)场效应管的(de)输(shu)(shu)入(ru)阻抗非(fei)常高，也就(jiu)是输(shu)(shu)入(ru)电流极小，它常用于(yu)收(shou)音机电路中作为微(wei)弱信号的(de)放大器。

① 源极接地(di)放(fang)大(da)器(qi)与射极跟随(sui)器(qi)（共集(ji)电极晶体管放(fang)大(da)器(qi)）的组合(he)

如图(tu)所示，VT1为(wei)源极(ji)接(jie)地场效应(ying)管(guan)放(fang)大器，VT2为(wei)共(gong)集(ji)电(dian)极(ji)晶体管(guan)放(fang)大器。若电(dian)路中没有(you)设置VT2，而(er)是将数千欧的负(fu)载RL直接(jie)作为(wei)VT1的负(fu)载，其电(dian)压增益就(jiu)相(xiang)当小。通(tong)过源极(ji)接(jie)地放(fang)大器与(yu)低(di)输出阻抗的射极(ji)跟随器进行组(zu)合(he)，就(jiu)可(ke)获得(de)较高(gao)的电(dian)压增益，这是该电(dian)路的主要(yao)特征。

② 源极接地放大器与共发射极放大器的组合(he)

共(gong)发射(she)极放(fang)大(da)器的输入(ru)阻抗在(zai)103Ω的范围(wei)内，很难由场(chang)效(xiao)应管直(zhi)接驱(qu)动(dong)，但是(shi)，若(ruo)通过一级(ji)(ji)射(she)极跟随(sui)器，将其作(zuo)为(wei)图中的负载RL接在(zai)共(gong)发射(she)极放(fang)大(da)器之前(qian)，就(jiu)很容易驱(qu)动(dong)了，如图所示。该电(dian)路(lu)在(zai)输出(chu)级(ji)(ji)的前(qian)面(mian)加入(ru)了一级(ji)(ji)射(she)极跟随(sui)器，以(yi)获(huo)得大(da)电(dian)流(liu)增益(yi)，这是(shi)典型的低(di)输出(chu)阻抗实例。

③ 将源极(ji)(ji)接(jie)地放(fang)大(da)器(qi)与共基(ji)极(ji)(ji)放(fang)大(da)器(qi)组合成级联式放(fang)大(da)器(qi)

图所示是将场效应管的(de)(de)(de)低噪(zao)声性与共基(ji)极放大(da)器对高频(pin)放大(da)的(de)(de)(de)适应性相结合(he)而产生的(de)(de)(de)级联式放大(da)器，常作(zuo)为(wei)宽频(pin)带低噪(zao)声的(de)(de)(de)前置放大(da)器。

mosfet放大器配置电压概述
基本MOSFET放大器

这个简单(dan)的增强模(mo)式共源mosfet放(fang)大(da)(da)器配置(zhi)在(zai)漏极(ji)使用(yong)(yong)单(dan)电(dian)(dian)源，并使用(yong)(yong)电(dian)(dian)阻(zu)分压器产生所需的栅(zha)极(ji)电(dian)(dian)压 V G 。我(wo)们(men)记(ji)得对于MOSFET，没有电(dian)(dian)流流入栅(zha)极(ji)端子，因(yin)此我(wo)们(men)可(ke)以对MOSFET放(fang)大(da)(da)器的直流工(gong)作条件做出(chu)如下基(ji)本假设。

然后(hou)我们可(ke)以这样说：

和mosfets栅极(ji)-源极(ji)电压，VGS给出如(ru)下：

如上所述，为了正(zheng)确(que)操作mosfet，此(ci)(ci)栅极-源极电压(ya)(ya)必须(xu)大于(yu)mosfet的阈值(zhi)电压(ya)(ya)，即VGS>VTH 。由于(yu)IS=ID ，因此(ci)(ci)栅极电压(ya)(ya)VG是等(deng)于(yu)：

要(yao)将mosfet放大器(qi)栅极电压设置为此值(zhi)，我们选择电阻值(zhi)，分压器(qi)网络内的R1和R2为正确的值(zhi)。

mosfet放大器栅极偏置电压

请注意(yi)，此分压器公式仅确定两(liang)个(ge)偏置(zhi)电(dian)阻(zu)的(de)比率， R1 和 R2 而不(bu)是(shi)他们(men)(men)的(de)实际值。此外，还希望(wang)使这(zhei)两(liang)个(ge)电(dian)阻(zu)的(de)值尽可能大(da)，以减小它们(men)(men)的(de) I 2 * R 功率损耗，并增加mosfet放大(da)器的(de)输入(ru)电(dian)阻(zu)。

MOSFET放大器(qi)示例：

使(shi)用(yong)n沟(gou)道eMOSFET构建(jian)共(gong)源mosfet放(fang)大(da)器，其导通参数为(wei)50mA / V 2 和阈值电压为(wei)2.0伏。如(ru)果电源电压为(wei)+15伏且负(fu)载电阻(zu)为(wei)470欧(ou)姆(mu)，则计算(suan)将MOSFET放(fang)大(da)器偏置为(wei)1/3（V DD ）所需的电阻(zu)值。绘制电路图。

给出的值：VDD=+15v，VTH=+2.0v，k=50mA/V2且RD=470Ω。

1、漏电流，ID

2、栅(zha)源(yuan)电压，VGS

3、栅极电压，VG

4、来源阻(zu)力，RS

如(ru)果我们选(xuan)择： R1 =200kΩ且 R2 =100kΩ这将满足以下条件： V G = 1 / 3V DD 。此(ci)偏置电(dian)阻(zu)的组合将给(ji)mosfet放大(da)器提供大(da)约67kΩ的输入电(dian)阻(zu)。

我们(men)可以通过(guo)计(ji)(ji)算输(shu)入(ru)和输(shu)出的(de)值(zhi)来进一步采用这种设计(ji)(ji)耦(ou)合(he)电(dian)容(rong)(rong)器。如果我们(men)假设我们(men)的(de)mosfet放大器的(de)截止频率为20Hz，那么考虑到栅极(ji)偏(pian)置网络的(de)输(shu)入(ru)阻抗的(de)两个电(dian)容(rong)(rong)器的(de)值(zhi)计(ji)(ji)算如下(xia)：

单级mosfet放大器

单级mosfet放大器电路的(de)最(zui)终(zhong)电路如(ru)下(xia)：

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