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mosfet放大器概述-mosfet放大器配置电压与电路原理解析-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2019-08-08 

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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放大器或任何放大器的主要目标是产生输出信号,该输出信号忠实地再现其输入信号但在幅度上放大。此输入信号可以是电流或电压,但对于mosfet器件作为放大器工作,它必须被偏置以在其饱和区域内工作。


有两种基本类型的增强型MOSFET, n沟道和p沟道以及在这个mosfet放大器教程中,我们研究了n沟道增强型MOSFET通常被称为NMOS,因为它可以相对于源极采用正栅极和漏极电压工作,而不是p沟道PMOS使用相对于源极的负栅极和漏极电压工作。


mosfet器件的饱和区域是其高于其阈值电压的恒定电流区域,VTH。一旦在饱和区域正确偏置,漏极电流ID会因栅极-源极电压而变化,VGS而不是漏极-源极电压,VDS 因为漏极电流被称为饱和。


增强型MOSFET,通过施加栅极电压产生的静电场增强了沟道的导电性,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放大器使用以共源配置连接的金属氧化物硅晶体管。


mosfet与晶体管一样,也具有放大作用,但与普通晶体管是电流控制型器件相反,场效应管是电压控制型器件。它具有输入阻抗高、噪声低的特点。


场效应管的3个电极,即栅极、源极和漏极分别相当于晶体管的基极、发射极和集电极。图所示是场效应管的3种组态电路,即共源极、共漏极和共栅极放大器。图(a)所示是共源极放大器,它相当于晶体管共发射极放大器,是一种最常用的电路。图(b)所示是共漏极放大器,相当于晶体管共集电极放大器,输入信号从漏极与栅极之间输入,输出信号从源极与漏极之间输出,这种电路又称为源极输出器或源极跟随器。图(c)所示是共栅极放大器,它相当于晶体管共基极放大器,输入信号从栅极与源极之间输入,输出信号从漏极与栅极之间输出,这种放大器的高频特性比较好。


mosfet放大器


绝缘栅型场效应管的输入电阻很高,如果在栅极上感应了电荷,很不容易泄放,极易将PN结击穿而造成损坏。为了避免发生PN结击穿损坏,存放时应将场效应管的3个极短接;不要将它放在静电场很强的地方,必要时可放在屏蔽盒内。焊接时,为了避免电烙铁带有感应电荷,应将电烙铁从电源上拔下。焊进电路板后,不能让栅极悬空。


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

源极接地放大器是场效应管放大电路图最重要的电路形式,其工作原理如图所示。图中,交流输入电压Ui在1/4周期内处于增大的趋势,因此在这段时间内漏极电流ID增大。ID的增大使负载上的压降增大,UDS就下降;当Ui在2/4周期内时,处于减小状态,UGS增大,ID则减小,而ID的减小使负载上的压降减小,UDS就上升。以此类推,其输入与输出信号的波形如图中所示。Ui和ID的相位相同,与输出信号电压UDS的相位相反。


mosfet放大器


(二)mosfet放大器电路原理-栅极接地放大器

栅极接地放大器适用于高频宽带放大器。


(三)mosfet放大器电路原理--漏极接地放大器

漏极接地放大器也称为源极跟随器或源极输出器,相当于双极型晶体管的集电极接地电路。图为其基本连接图。源极跟随器最主要的特点是输出阻抗低。


mosfet放大器


由于场效应管的输入阻抗非常高,也就是输入电流极小,它常用于收音机电路中作为微弱信号的放大器。


① 源极接地放大器与射极跟随器(共集电极晶体管放大器)的组合


如图所示,VT1为源极接地场效应管放大器,VT2为共集电极晶体管放大器。若电路中没有设置VT2,而是将数千欧的负载RL直接作为VT1的负载,其电压增益就相当小。通过源极接地放大器与低输出阻抗的射极跟随器进行组合,就可获得较高的电压增益,这是该电路的主要特征。


② 源极接地放大器与共发射极放大器的组合


共发射极放大器的输入阻抗在103Ω的范围内,很难由场效应管直接驱动,但是,若通过一级射极跟随器,将其作为图中的负载RL接在共发射极放大器之前,就很容易驱动了,如图所示。该电路在输出级的前面加入了一级射极跟随器,以获得大电流增益,这是典型的低输出阻抗实例。


③ 将源极接地放大器与共基极放大器组合成级联式放大器


图所示是将场效应管的低噪声性与共基极放大器对高频放大的适应性相结合而产生的级联式放大器,常作为宽频带低噪声的前置放大器。


mosfet放大器


mosfet放大器配置电压概述
基本MOSFET放大器


mosfet放大器


这个简单的增强模式共源mosfet放大器配置在漏极使用单电源,并使用电阻分压器产生所需的栅极电压 V G 。我们记得对于MOSFET,没有电流流入栅极端子,因此我们可以对MOSFET放大器的直流工作条件做出如下基本假设。


mosfet放大器


然后我们可以这样说:


mosfet放大器


和mosfets栅极-源极电压,VGS给出如下:


mosfet放大器


如上所述,为了正确操作mosfet,此栅极-源极电压必须大于mosfet的阈值电压,即VGS>VTH 。由于IS=ID ,因此栅极电压VG是等于:


mosfet放大器


要将mosfet放大器栅极电压设置为此值,我们选择电阻值,分压器网络内的R1和R2为正确的值。


mosfet放大器栅极偏置电压


mosfet放大器


请注意,此分压器公式仅确定两个偏置电阻的比率, R1 和 R2 而不是他们的实际值。此外,还希望使这两个电阻的值尽可能大,以减小它们的 I 2 * R 功率损耗,并增加mosfet放大器的输入电阻。


MOSFET放大器示例:

使用n沟道eMOSFET构建共源mosfet放大器,其导通参数为50mA / V 2 和阈值电压为2.0伏。如果电源电压为+15伏且负载电阻为470欧姆,则计算将MOSFET放大器偏置为1/3(V DD )所需的电阻值。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


mosfet放大器


2、栅源电压,VGS


mosfet放大器


3、栅极电压,VG


mosfet放大器


4、来源阻力,RS


mosfet放大器


如果我们选择: R1 =200kΩ且 R2 =100kΩ这将满足以下条件: V G = 1 / 3V DD 。此偏置电阻的组合将给mosfet放大器提供大约67kΩ的输入电阻。


我们可以通过计算输入和输出的值来进一步采用这种设计耦合电容器。如果我们假设我们的mosfet放大器的截止频率为20Hz,那么考虑到栅极偏置网络的输入阻抗的两个电容器的值计算如下:


mosfet放大器


单级mosfet放大器

单级mosfet放大器电路的最终电路如下:


mosfet放大器


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