基本放大电路

为了放大模仿信号必需运用有源器件。MOS晶体管就是一种频繁运用的有源器件。MOS晶体管的三个端子中有两个分别是输入端和输出端。还有第三个端子，将这个端子固定为一定的电位就能够构成三种放大电路。就是说，源极、栅极、漏极中的某个极衔接到固定电位上，就可以分别构成源极接地、栅极接地、漏极接地三种放大电路。

端子不一定非要接地(GND)才干固定电位，为什么要“接地”？由于关于被放大的信号来说，电位固定的端子可以看作交流接地。另外，就MOS晶体管的输入输出端的分配来说，电绝缘的栅极不能作为输出端运用，所以可以组合起来的放大电路就如表3.1所列。

MOS管是电压控制器件，具有输入阻抗高、噪声低的优点，被广泛应用在电子电路中，特别是具有上述要求前级放大器显示器出越性。根据MOS管两大类型--结型MOS管和绝缘栅场效应管可构成相应的MOS管放大器。以下以结型管为例给出三种基本组态放大器的等效电路和性能指标计算表达式，见表5.2-7。图为MOS管具有与晶体管类似的正向受控作用，它也可构成共源极、共漏极、共栅极三种基本放大器。

1、偏置电路因为不同类型的MOS管工作在放大区，要求栅极电压极性不同，例如，结型MOS管要求栅源与漏源电压极性相反，而增加型MOS管则要求栅源与漏源电压极性相同，至于耗尽型MOS管的栅偏压极性，可以正偏、零偏或负偏。

根据这些特点，来用单电源的偏置电路主要有以下两种：(1)自偏压电路自偏压用于结型和耗尽型MOS管放大电路，图5.2-6示出N沟道结型场效应管自偏电路。

图5.2-6自偏压电路栅源电压为UGS=RID(2)混合偏置电路混合偏置电路用于各种场效应管放大器。N沟道增强型MOS管放大电路混合偏置电路如图5.2-7所示。

图5.2-7混合偏压电路2、场效应晶体管三种基本组态放大器的等效电路与性能指标计算公式(见表5.2-7)

栅源电压为

源极接地放大电路

表3.1所示的放大电路中，源极接地放大电路是最常用的模仿电路。所以首先对源极接地放大电路的放大功用停止讨论。

如前所述，简直一切模仿电路中的MOS晶体管都是工作在饱和区。在饱和区，即便改动漏极电压VDS，其漏极电流ID简直不增加。换句话说，MOS晶体管是工作在输出电阻r。十分大的偏置条件下。为了便于了解放大的原理，首先思索假设输出电阻ro(=νds/id)无限大条件下的状况。这里的νds是漏极电压的微小变化量，id是漏极电流的微小变化量(以下ν、i等小写字母都是表示微小变化量)。然后再来计算输出电阻为有限值时的电压增益。

如图3.1所示，给MOS晶体管的栅极加直流偏压VGS，再加模仿信号电压νin，于是，漏极端(输出)除产生直流电流成分之外，还有与输入信号νin成比例的小信号电流id=gmνin流过：

式中，VT为MOS晶体管的阈值电压；β为与沟道长宽比等有关的参量(β≡(w/L)μCox)；gm为跨导。

式(3.1)中的输人信号νin十分小，假定级数展开的2次项以上的高次项能够疏忽不计。式(3.1)右边第一项表示与栅极电压VGS相对应的直流漏极电流Io，第二项是与输入信号νin相对应的输出漏极电流ido在解析放大电路时，假定信号电压νin十分小，这时电路的工作都可看作是线性的(近似直线)，因此计算就变得十分简单。

式(3.1)中，当只思索与放大有关的信号成分(右边第二项)时，源极接地的MOS晶体管就能够看作具有将输入的小信号电压uin变换为电流ia=gmvin功用的器件。

现在讨论将这个信号成分作为输出电压取出的方法。按照欧姆定律，当小信号电流id流过电阻R时，电阻两端产生电压idR。利用这个原理，就能够取出放大后的信号。

例如，如图3.2所示，将电压-电流变换器件MOS晶体管与负载电阻Rload连接，并流过式(3.1)所示的电流I(=直流成分lo+小信号成分id)，那么输出电压就是VDD-Rload(Io+id)。其中直流电压成分VDD-RloadIo中不包含信号信息，所以没有取出处理的必要。而包含小信号电流的输出信号电压Vout= —Rload.id必须放大输出。按照欧姆定律，如果负载电阻Rload大，那么输出信号νout也就大。Rload前面的负号意味着输出信号相对于电流信号成分id以反相位输出。

所以这个电路的输入、输出信号间的关系可整理如下：

由式(3.2)能够得到源极接地放大电路的电压增益为

从这个结果能够看出，为了取得高的增益，应该运用具有大跨导gm的有源器件与大的负载电阻Rload相衔接。

上面的阐明中，假定次级的输入负载电阻Rin比MOS晶体管的输出电阻ro大得多。但是，实践的源极接地电路的有效输出电阻是负载电阻Rload与MOS晶体管的输出电阻r。以及次级的输入负载电阻Rin呈并联衔接的，要用这样的放大电路驱动R。小的电路并非上策。所以，下面思索Rin十分大而且r。也是实践值的状况。