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MOSFET放大器共源極,共柵極,共漏極三種類型介紹
  • 發(fā)布時(shí)間:2023-05-16 17:57:20
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MOSFET放大器共源極,共柵極,共漏極三種類型介紹
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,也就是通過電流源指定的那樣。
MOSFET放大器
所以,vo = -g m v gs R D,通過觀察可以發(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,可以通過諾頓或戴維南等價(jià)來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RD連接到o/p,則通過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放大器具有無限 i/p阻抗、高o/p電阻和高電壓增益。輸出電阻可以通過降低RD來降低,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。
MOSFET放大器
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^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輸入源可以通過戴維寧 (vsig) 和電阻器 (Rsig) 的等效電壓來表示。負(fù)載電阻器 (RL) 可以連接到源 (S) 和地 (G) 之間的o/p。
MOSFET放大器
由于上述電路的柵極電流 (IG) 為零,所以:
Rin = ∞
通過使用分壓器的公式,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電阻可以通過戴維南等價(jià)改用合適的MOSFET放大器元件來獲得。
通過在此端使用測(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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