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单 MOSFET 放大器

最基本的 MOSFET 放大器就是单 MOSFET 放大器了,也就是只有一个 MOSFET 的放大器,大多数介绍 MOSFET 的资料都会介绍这一部分,但是十分的冗长并且复杂且没有广泛适用价值,这里进行归纳总结。

说到 MOSFET 组成的放大器,当然前提是假设 MOSFET 已经在 Saturation region,我们重点关注MOSFET在 Small Signal Analysis 下的三个参数,这三个参数为

  1. Voltage Gain: $$A_v=\frac{V{out}}{V{in}}$$
  2. Input Impedence: $$R{in}=\frac{V{in}}{I_{in}}$$ 注意:输出是开路
  3. Output Impedence: $$R{out}=\frac{V{out}}{I_{out}}$$ 注意:输入是短路

单 MOSFET 的放大器无非就是三种,接下来就会一一介绍。(下面的电路图中可能会漏掉负载,但是式子中都已经包含负载 $R_L$)

共源极 (Common Source 简称 CS)

基本电路图如下

CS

三个参数为

$$\begin{array}{rcl} A_v&=&-\frac{R_D||R_L}{\frac{1}{g_m}+R_s+\frac{R_s+R_D||R_L}{r_0g_m}}\ R{in}&=&R_G\ R{out}&=&R_D||\left(r_0+r_0R_sg_m+R_s\right) \end{array}$$

共栅极 (Common Gate 简称 CG)

基本电路图如下

CG

三个参数为

$$\begin{array}{rcl} A_v&=&\frac{\frac{1}{r_0}+g_m}{\frac{1}{r_0}+\frac{1}{R_D||R_L}}\ R{in}&=&\frac{R_D||R_L+r_0}{1+g_mr_0}\ R{out}&=&R_D||R_L||r_0 \end{array}$$

共漏极 (Common Drain 或者 Source Follower 简称 CD 或者 SF)

基本电路如下

CD

三个参数为

$$\begin{array}{rcl} A_v&=&\frac{r_0||\left(R_s||R_L\right)}{r_0||\left(R_s||R_L\right)+\frac{1}{g_m}}\ R{in}&=&\infty\ R{out}&=&r_0||\frac{1}{g_m}||R_s||R_L \end{array}$$

尽管上面的式子看起来都很复杂,但是实际中我们会经常忽略掉一些内容,比如当忽略负载时就令 $R_L$ 为 0 就可以了,当需要忽略 $r_0$ 时就让 $r_0\rightarrow\infty$ 就可以了。

有时 bias current 并不是由一个简单的电阻控制而是由另外的一个由 MOSFET 组成的电流源控制,所以还需要熟悉 MOSFET 各个端口的阻抗值,当遇到这种情况的时候只要等效代替就可以了。MOSFET 各个端口的阻抗值如下:

  1. 栅极阻抗:$$R_G=\infty$$
  2. 漏极阻抗:$$R_D=r_0+g_mr_0R_s+R_s$$

    漏极阻抗

  3. 源极阻抗:$$R_s=\frac{R_D+r_0}{1+g_mr_0}$$

    源极阻抗

  4. 两种特殊的 bias 的情况:

    • $$R_1=\frac{1}{g_m}|r_0$$

      特殊的 bias 的情况 1

    • $$R_2=\frac{R_D}{1-\frac{\frac{1}{R_D}-g_m}{\frac{1}{r_0}+\frac{1}{R_D}}}$$

      特殊的 bias 的情况 2



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