共源JFET放大器分析-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯共源JFET放大器分析-基礎(chǔ)電子共源JFET放大器使用結(jié)型場效應(yīng)晶體管作為其主要有源器件，提供高輸入阻抗特性。晶體管放大器電路（例如共射極放大器）是使用雙極晶體管制造的，但是小信號放大器也可以使用場效應(yīng)晶體管制造。與雙極型晶體管相比，這些器件具有輸入阻抗極高且噪聲輸出低的優(yōu)點，因此非常適合用于輸入信號非常小的放大器電路。

基于結(jié)型場效應(yīng)晶體管或“JFET”（本教程中為N溝道FET）甚至金屬氧化物硅FET或“MOSFET”為基礎(chǔ)的放大電路的設(shè)計與雙極晶體管電路的原理完全相同用于上一教程中介紹的A類放大器電路。

首先，需要找到合適的靜態(tài)點或“Q點”，以利用共源（CS），共漏（CD）或源跟隨器（SF）的單個放大器配置對JFET放大器電路進行正確偏置和通用柵極（CG）適用于大多數(shù)FET器件。

這三種JFET放大器配置與使用雙極型晶體管的共射極，射極跟隨器和共基極配置相對應(yīng)。在此有關(guān)FET放大器的教程中，我們將介紹流行的CommonSourceJFET放大器，因為這是使用廣泛的JFET放大器設(shè)計。

考慮下面的公共源JFET放大器電路配置。

共源JFET放大器

放大器電路由一個N溝道JFET組成，但是該器件也可以是一個等效的N溝道耗盡型MOSFET，因為電路圖只是一個FET的變化而以相同的方式連接在一起，并以公共電源配置連接。JFET柵極電壓Vg通過由電阻器R1和R2設(shè)置的分壓器網(wǎng)絡(luò)偏置，并且偏置為在其飽和區(qū)內(nèi)工作，該飽和區(qū)相當(dāng)于雙極型結(jié)型晶體管的有源區(qū)。

與雙極型晶體管電路不同，結(jié)型FET幾乎不需要輸入柵極電流，因此可以將柵極視為開路。這樣就不需要輸入特性曲線。我們可以在下表中將JFET與雙極結(jié)型晶體管（BJT）進行比較。

JFET與BJT的比較

由于N溝道JFET是一種耗盡模式器件，通常為“ON”，因此需要相對于源極的負柵極電壓來調(diào)制或控制漏極電流。只要不存在輸入信號并且Vg保持柵極-源極pn的反向偏置，只要穩(wěn)定電流流過JFET，就可以通過從單獨的電源電壓偏置或通過自偏置裝置來提供該負電壓。交界處。

在我們的簡單示例中，通過分壓器網(wǎng)絡(luò)提供偏置，允許輸入信號在柵極產(chǎn)生電壓下降以及在柵極產(chǎn)生正弦信號的電壓上升。正確比例的任何合適的電阻值對都會產(chǎn)生正確的偏置電壓，因此直流柵極偏置電壓Vg表示為：

請注意，該方程式僅確定電阻器R1和R2的比率，但是為了利用JFET的非常高的輸入阻抗并減少電路內(nèi)的功耗，我們需要將這些電阻器值設(shè)為高盡可能以1MΩ至10MΩ的數(shù)量級為準。

共源JFET放大器的輸入信號（Vin）施加在柵極端子和零伏電壓軌（0v）之間。在施加恒定的柵極電壓Vg的情況下，JFET像線性電阻器件一樣在其“歐姆區(qū)域”內(nèi)工作。漏極電路包含負載電阻Rd。在該負載電阻兩端產(chǎn)生輸出電壓Vout。

可以通過添加一個電阻器來提高公共源極JFET放大器的效率，電阻器Rs包括在源極引線中，并且流過該電阻器的漏極電流相同。電阻Rs也用于將JFET放大器設(shè)置為“Q點”。

當(dāng)JFET完全“接通”時，該電阻兩端將產(chǎn)生等于Rs*Id的壓降，從而使源極端的電勢高于0v或接地電平。由于漏極電流而導(dǎo)致的Rs兩端的電壓降為柵極電阻R2兩端提供了必要的反向偏置條件，從而有效地產(chǎn)生了負反饋。

因此，為了保持柵極-源極結(jié)的反向偏置，源極電壓Vs需要高于柵極電壓Vg。因此，該電源電壓為：

然后漏極電流，編號也等于源電流，是為“否當(dāng)前”進入柵極端子，這可以被給定為：

與固定電壓偏置電路相比，該分壓器偏置電路在從單個直流電源供電時提高了共源JFET放大器電路的穩(wěn)定性。電阻器Rs和源極旁路電容器Cs的功能基本上與公共發(fā)射極雙極晶體管放大器電路中的發(fā)射極電阻器和電容器相同，即，提供良好的穩(wěn)定性并防止電壓增益損失的減小。然而，為穩(wěn)定的靜態(tài)柵極電壓付出的代價是，更多的電源電壓在Rs兩端下降。

源旁路電容器的法拉值通常很高，高于100uF，并且會極化。這使電容器的阻抗值小得多，小于器件的跨導(dǎo)gm（代表增益的傳輸系數(shù)）值的10％。在高頻下，旁路電容器基本上起短路作用，并且電源將有效地直接接地。

共源JFET放大器的基本電路和特性與共發(fā)射極放大器的非常相似。直流負載線是通過將與漏極電流Id和電源電壓Vdd有關(guān)的兩點結(jié)合而構(gòu)成的，記住當(dāng)Id=0時：（Vdd=Vds）；當(dāng)Vds=0時：（Id=Vdd/RL）。因此，負載線是曲線在Q點處的交點，如下所示。

共源JFET放大器特性曲線

與共射極雙極電路一樣，共射極JFET放大器的DC負載線會產(chǎn)生一條直線方程，其斜率表示為：-1/（Rd+Rs），并且它在等于A的點處穿過垂直Id軸等于Vdd/（Rd+Rs）。負載線的另一端在等于電源電壓Vdd的點B與水平軸交叉。

直流負載線上Q點的實際位置通常位于負載線的中間中心點（用于A類操作），并由Vg的平均值確定，因為JFET是耗盡模式設(shè)備。像雙極共射極放大器一樣，共源JFET放大器的輸出與輸入信號異相180o。

使用耗盡型JFET的主要缺點之一是它們需要負偏置。如果該偏壓由于任何原因而失效，則柵極-源極電壓可能會上升并變?yōu)檎?，從而?dǎo)致漏極電流增加，從而導(dǎo)致漏極電壓Vd失效。

此外，結(jié)型FET的高溝道電阻Rds（on）加上高靜態(tài)穩(wěn)態(tài)漏極電流也使這些器件發(fā)熱，因此需要額外的散熱器。但是，通過改用增強型MOSFET器件可以大大減少與使用JFET相關(guān)的大多數(shù)問題。

與等效的JFET相比，MOSFET或金屬氧化物半導(dǎo)體FET具有更高的輸入阻抗和較低的溝道電阻。MOSFET的偏置方式也有所不同，除非我們對N溝道器件施加正偏置，而對P溝道器件施加負偏置，則不會流過漏極電流，那么實際上就是故障保護晶體管。

JFET放大器電流和功率增益

前面我們曾說過，由于極高的柵極阻抗Rg，共源JFET放大器的輸入電流Ig非常小。因此，共源JFET放大器的輸入和輸出阻抗之間具有非常好的比率，并且對于任何