MOSFET放大器共源極、共柵極、共漏極三種類型-KIA MOS管

MOSFET放大器有共源極 (CS)、共柵極 (CG) 和共漏極 (CD) 三種類型。

1、共源MOSFET放大器

共源放大器可以定義為當(dāng) i/p信號(hào)在柵極 (G) 和源 (S) 的兩端給出時(shí)，o/p電壓可以通過(guò)漏極內(nèi)負(fù)載處的電阻器放大和獲得。在此配置中，源端子充當(dāng)i/p和o/p之間的公共端子。

共源MOSFET放大器與BJT的CE(common-emitter)放大器有關(guān)。由于高增益和可以實(shí)現(xiàn)更大的信號(hào)放大，這非常受歡迎。

在以下小信號(hào)共源MOSFET放大器中，“RD”電阻測(cè)量漏極 (D) 和接地 (G) 之間的電阻。

這個(gè)小信號(hào)電路可以用下圖所示的混合π模型代替。因此，在o/p端口內(nèi)感應(yīng)的電流為i = -g m v gs，也就是通過(guò)電流源指定的那樣。

所以，vo = -g m v gs R D，通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)：

Rin = ∞, vi = v sig , v gs = v i，所以開路電壓增益為：

A vo = vo/vi = -g m R D

在小信號(hào)電路中，可以通過(guò)諾頓或戴維南等價(jià)來(lái)改變電路中的輸出分?jǐn)?shù)。在這種情況下，使用諾頓等式更方便。

為了驗(yàn)證諾頓等效電阻，設(shè)置 vi = 0，這樣電路將是開路，因此沒有電流流動(dòng)。通過(guò)測(cè)試電流技術(shù)，得知o/p電阻為：

R 0 = R D

負(fù)載電阻(RL)通過(guò)RD連接到o/p，則通過(guò)分壓器公式的端電壓增益可以表示為;

Av = Avo (R L /R L + Ro) = -gm (R D R L /R L + R D ) = -gm(R D ||RL)

根據(jù) Rin =∞的信息，之后 vi = vsig。因此，電壓增益 (Gv) 與電壓增益準(zhǔn)確度 (Av) 相似，即：Gv = v o /v sig = -gm(R D || R L )

因此，共源MOSFET放大器具有無(wú)限 i/p阻抗、高o/p電阻和高電壓增益。輸出電阻可以通過(guò)降低RD來(lái)降低，而電壓增益也可以降低。與大多數(shù)晶體管放大器一樣，共源MOSFET放大器的高頻性能較差。

2、共柵極 (CG) 放大器

共柵 (CG) 放大器通常用作電壓放大器或電流緩沖器。在CG配置中，晶體管的源極端子 (S) 像輸入一樣工作，而漏極端子像輸出一樣工作，柵極端子連接到地 (G)。

共柵極放大器配置主要用于在i/p和o/p之間提供高度隔離，以防止振蕩或減小輸入阻抗。

共柵放大器等效電路的小信號(hào)模型和T模型如下所示。在“T”模型中，柵極電流始終為零。

如果施加的電壓為“Vgs”且源電流為“Vgs*gm”，則有：

R=V/I=>R=Vgs/Vgsgm=1/gm

由于共柵放大器的輸入電阻較小，可以表示為Rin = 1/gm。

輸入電阻通常為幾百歐姆，所以o/p電壓可以表示為：

vo = -iR D

其中：i = -vi/1/gm = -gmvi，因此，開路電壓可以表示為：

Avo = vo/vi = g m R D

電路的輸出電阻為 Ro = RD，因?yàn)樾〉?i/p阻抗對(duì)放大器增益有害。

所以通過(guò)分壓器的公式，可以得到：

Vi/vsig = Rin/ Rin + Rsig = 1/gm/1/gm + Rsig

與vsig 相比，'vi' 被衰減，因?yàn)?'Rsig' 通常優(yōu)于1/gm。

一旦負(fù)載電阻“RL”連接到o/p，那么正確的電壓增益就是：Av = gmR D ||，因此電壓增益表示為：

Gv = (1/gm/Rsig + 1/gm) gm(RD||RL) = RD||RL/Rsig + 1/gm

當(dāng)i/p阻抗較小時(shí)，由最大功率定理可知，共柵 (CG) 放大器非常適合通過(guò)較小i/p阻抗匹配源，但它會(huì)消耗額外的電流，涉及信號(hào)源的高功率利用率。

因此，共柵極MOSFET放大器具有較小的i/p電阻“1/gm”。所以，這是不可取的，因?yàn)橐坏┩ㄟ^(guò)輸入電壓驅(qū)動(dòng)它就會(huì)消耗巨大的電流。

當(dāng)RD||RL比Rsig + 1/gm大，共柵極MOSFET放大器的電壓增益就可以在幅度上與共源放大器的電壓增益相關(guān)。當(dāng)RO = RD 時(shí)，o/p電阻可以很高，這樣可以看出該放大器的頻率性能很高。

3、公共漏極放大器或源極MOSFET跟隨器

共漏極 (CD) 放大器是將輸入信號(hào)提供給柵極端子并從源極端子獲得輸出，從而使漏極 (D) 端子為兩者共用。CD放大器經(jīng)常用作電壓緩沖器來(lái)驅(qū)動(dòng)小型o/p負(fù)載。這種配置提供了極高的i/p阻抗和低的o/p阻抗。

共漏極放大器電路類似于BJT的射極跟隨器電路。因此，它被用作電壓緩沖器。該放大器是一個(gè)單位增益放大器，包括非常大的輸入阻抗，盡管它的o/p阻抗較小。

因此，它非常適合與低阻抗電路匹配的高阻抗電路，否則適用于以較大電源電流工作的電路。

共漏極放大器的小信號(hào)和T型等效電路如下圖所示。在該電路中，i/p輸入源可以通過(guò)戴維寧 (vsig) 和電阻器 (Rsig) 的等效電壓來(lái)表示。負(fù)載電阻器 (RL) 可以連接到源 (S) 和地 (G) 之間的o/p。

由于上述電路的柵極電流 (IG) 為零，所以：

Rin = ∞

通過(guò)使用分壓器的公式，注意到電壓增益正確或端電壓增益為：Av = vo/vi = RL/RL + 1/gm

開路電壓增益：(RL = ∞) & Avo = 1

o/p電阻可以通過(guò)戴維南等價(jià)改用合適的MOSFET放大器元件來(lái)獲得。

通過(guò)在此端使用測(cè)試電流技術(shù)，將Vi值設(shè)置為 0，因此：Ro = 1/gm

由于無(wú)限輸入阻抗 (Rin)，vi = vsig 和總電壓增益，當(dāng)電壓增益適當(dāng)Av時(shí)，Gv相似，即有：

Gv = Av = RL/RL + 1/gm

由于Ro = 1/gm通常通過(guò)大負(fù)載電阻“RL”很小，因此增益低于單位增益，但接近單位增益。

因此，它也是一個(gè)源極跟隨器，因?yàn)樵礃O電壓隨器i/p電壓，但是，它可以向o/p提供比i/p電流更大的電流。

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