mosfet放大器概述-mosfet放大器配置電壓與電路原理解析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2019-08-08
mosfet放大器或任何放大器的主要目標(biāo)是產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號忠實(shí)地再現(xiàn)其輸入信號但在幅度上放大。此輸入信號可以是電流或電壓，但對于mosfet器件作為放大器工作，它必須被偏置以在其飽和區(qū)域內(nèi)工作。
有兩種基本類型的增強(qiáng)型MOSFET， n溝道和p溝道以及在這個(gè)mosfet放大器教程中，我們研究了n溝道增強(qiáng)型MOSFET通常被稱為NMOS，因?yàn)樗梢韵鄬τ谠礃O采用正柵極和漏極電壓工作，而不是p溝道PMOS使用相對于源極的負(fù)柵極和漏極電壓工作。
mosfet器件的飽和區(qū)域是其高于其閾值電壓的恒定電流區(qū)域，VTH。一旦在飽和區(qū)域正確偏置，漏極電流ID會因柵極-源極電壓而變化，VGS而不是漏極-源極電壓，VDS 因?yàn)槁O電流被稱為飽和。
增強(qiáng)型MOSFET，通過施加?xùn)艠O電壓產(chǎn)生的靜電場增強(qiáng)了溝道的導(dǎo)電性，而不是像耗盡型MOSFET那樣耗盡溝道。
MOSFET放大器使用以共源配置連接的金屬氧化物硅晶體管。
mosfet與晶體管一樣，也具有放大作用，但與普通晶體管是電流控制型器件相反，場效應(yīng)管是電壓控制型器件。它具有輸入阻抗高、噪聲低的特點(diǎn)。
場效應(yīng)管的3個(gè)電極，即柵極、源極和漏極分別相當(dāng)于晶體管的基極、發(fā)射極和集電極。圖所示是場效應(yīng)管的3種組態(tài)電路，即共源極、共漏極和共柵極放大器。圖（a）所示是共源極放大器，它相當(dāng)于晶體管共發(fā)射極放大器，是一種最常用的電路。圖（b）所示是共漏極放大器，相當(dāng)于晶體管共集電極放大器，輸入信號從漏極與柵極之間輸入，輸出信號從源極與漏極之間輸出，這種電路又稱為源極輸出器或源極跟隨器。圖（c）所示是共柵極放大器，它相當(dāng)于晶體管共基極放大器，輸入信號從柵極與源極之間輸入，輸出信號從漏極與柵極之間輸出，這種放大器的高頻特性比較好。
絕緣柵型場效應(yīng)管的輸入電阻很高，如果在柵極上感應(yīng)了電荷，很不容易泄放，極易將PN結(jié)擊穿而造成損壞。為了避免發(fā)生PN結(jié)擊穿損壞，存放時(shí)應(yīng)將場效應(yīng)管的3個(gè)極短接；不要將它放在靜電場很強(qiáng)的地方，必要時(shí)可放在屏蔽盒內(nèi)。焊接時(shí)，為了避免電烙鐵帶有感應(yīng)電荷，應(yīng)將電烙鐵從電源上拔下。焊進(jìn)電路板后，不能讓柵極懸空。
源極接地放大器是場效應(yīng)管放大電路圖最重要的電路形式，其工作原理如圖所示。圖中，交流輸入電壓Ui在1/4周期內(nèi)處于增大的趨勢，因此在這段時(shí)間內(nèi)漏極電流ID增大。ID的增大使負(fù)載上的壓降增大，UDS就下降；當(dāng)Ui在2/4周期內(nèi)時(shí)，處于減小狀態(tài)，UGS增大，ID則減小，而ID的減小使負(fù)載上的壓降減小，UDS就上升。以此類推，其輸入與輸出信號的波形如圖中所示。Ui和ID的相位相同，與輸出信號電壓UDS的相位相反。
柵極接地放大器適用于高頻寬帶放大器。
漏極接地放大器也稱為源極跟隨器或源極輸出器，相當(dāng)于雙極型晶體管的集電極接地電路。圖為其基本連接圖。源極跟隨器最主要的特點(diǎn)是輸出阻抗低。
由于場效應(yīng)管的輸入阻抗非常高，也就是輸入電流極小，它常用于收音機(jī)電路中作為微弱信號的放大器。
① 源極接地放大器與射極跟隨器（共集電極晶體管放大器）的組合
如圖所示，VT1為源極接地場效應(yīng)管放大器，VT2為共集電極晶體管放大器。若電路中沒有設(shè)置VT2，而是將數(shù)千歐的負(fù)載RL直接作為VT1的負(fù)載，其電壓增益就相當(dāng)小。通過源極接地放大器與低輸出阻抗的射極跟隨器進(jìn)行組合，就可獲得較高的電壓增益，這是該電路的主要特征。
② 源極接地放大器與共發(fā)射極放大器的組合
共發(fā)射極放大器的輸入阻抗在103Ω的范圍內(nèi)，很難由場效應(yīng)管直接驅(qū)動，但是，若通過一級射極跟隨器，將其作為圖中的負(fù)載RL接在共發(fā)射極放大器之前，就很容易驅(qū)動了，如圖所示。該電路在輸出級的前面加入了一級射極跟隨器，以獲得大電流增益，這是典型的低輸出阻抗實(shí)例。
③ 將源極接地放大器與共基極放大器組合成級聯(lián)式放大器
圖所示是將場效應(yīng)管的低噪聲性與共基極放大器對高頻放大的適應(yīng)性相結(jié)合而產(chǎn)生的級聯(lián)式放大器，常作為寬頻帶低噪聲的前置放大器。
這個(gè)簡單的增強(qiáng)模式共源mosfet放大器配置在漏極使用單電源，并使用電阻分壓器產(chǎn)生所需的柵極電壓 V G 。我們記得對于MOSFET，沒有電流流入柵極端子，因此我們可以對MOSFET放大器的直流工作條件做出如下基本假設(shè)。
然后我們可以這樣說：
和mosfets柵極-源極電壓，VGS給出如下：
如上所述，為了正確操作mosfet，此柵極-源極電壓必須大于mosfet的閾值電壓，即VGS>VTH 。由于IS=ID ，因此柵極電壓VG是等于：
要將mosfet放大器柵極電壓設(shè)置為此值，我們選擇電阻值，分壓器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的R1和R2為正確的值。
請注意，此分壓器公式僅確定兩個(gè)偏置電阻的比率， R1 和 R2 而不是他們的實(shí)際值。此外，還希望使這兩個(gè)電阻的值盡可能大，以減小它們的 I 2 * R 功率損耗，并增加mosfet放大器的輸入電阻。
MOSFET放大器示例：
使用n溝道eMOSFET構(gòu)建共源mosfet放大器，其導(dǎo)通參數(shù)為50mA / V 2 和閾值電壓為2.0伏。如果電源電壓為+15伏且負(fù)載電阻為470歐姆，則計(jì)算將MOSFET放大器偏置為1/3（V DD ）所需的電阻值。繪制電路圖。
給出的值：VDD=+15v，VTH=+2.0v，k=50mA/V2且RD=470Ω。
1、漏電流，ID
2、柵源電壓，VGS
3、柵極電壓，VG
4、來源阻力，RS
如果我們選擇： R1 =200kΩ且 R2 =100kΩ這將滿足以下條件： V G = 1 / 3V DD 。此偏置電阻的組合將給mosfet放大器提供大約67kΩ的輸入電阻。
我們可以通過計(jì)算輸入和輸出的值來進(jìn)一步采用這種設(shè)計(jì)耦合電容器。如果我們假設(shè)我們的mosfet放大器的截止頻率為20Hz，那么考慮到柵極偏置網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗的兩個(gè)電容器的值計(jì)算如下：
單級mosfet放大器電路的最終電路如下：
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