基本共源极放大电路的工作原理解析

1.基本共源极放大电路的组成

在图3.2.1所示的基本共源极放大电路中，T为N沟道增强型MOS管，是核心元件，起放大作用。VDD是漏极回路的直流电源，它的负端接源极s，正端通过电阻Rd接漏极d，以保证场效应管漏极d和源极s之间的电压UDS大小合适。VGG是栅极回路的直流电源，其作用是给MOS管的栅-源极间加上适当的偏置电压，并保证栅极g与源极s之间的电压UGS大于开启电压UGS（th）。uGS能对漏极电流iD进行控制，使场效应管有一个正常的工作状态。电阻Rd的一个重要作用是将漏极电流iD的变化转换为电压的变化，再送到放大电路的输出端。

图3.2.1　N沟道增强型MOS基本共源极放大电路

待放大的输入电压ui（时变电压）加在栅极与源极间的输入回路中，放大电路的输出电压uo由漏极与源极间取出。源极是输入回路与输出回路的共同端，所以图3.2.1称为共源极放大电路。

设图3.2.1中的信号ui为正弦信号电压时，放大电路中的电压或电流就包含有直流成分，即交流信号叠加在直流量上。为讨论方便，常将直流和交流分开进行，即分析直流时，将交流源置零，分析交流时将直流源置零。总的响应是两个单独响应的叠加。

2.静态分析及静态工作点的估算

当输入信号ui=0时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。此时电路中的电压、电流都是直流量。

静态时，FET漏极的直流及各电极间的直流电压分别用ID、UGS、UDS表示，这些电流、电压的数值可用FET特性曲线上的一个确定的点表示，该点习惯上称为静态工作点Q，因此常将上述三个电量写成IDQ、UGSQ、UDSQ。

放大电路的作用是将微弱的输入信号进行不失真地放大，为此，电路中的FET必须始终工作在饱和区域（或称恒流区域）。因此，在放大电路中设置合适的静态工作点是必需的。例如，如果图3.2.1中的UGS=VGG＜UGS（th），则iD=0。当加入微弱的输入信号ui，FET可能始终是截止的，从而使输出电压uDS没有变化（也就没有输出电压变化量）。静态工作点可以由放大电路的直流通路（直流电流流通的路径）用近似计算法求得。

对于N沟道增强型MOS管电路的直流计算，可以采取下述步骤：

① 设MOS管工作于饱和区，则有UGSQ＞UGS（th），IDQ＞0，UDSQ＞（UGSQ-UGS（th））。(www.xing528.com)

② 利用饱和区的电流电压关系曲线分析电路。

③ 如果出现UGSQ＜UGS（th），则MOS管可能截止；如果UDSQ＜（UGSQ-UGS（th）），则MOS管可能工作在可变电阻区；

④ 如果初始假设被证明是错误的，则必须作出新的假设，同时重新分析电路。

例3.2.1　电路如图3.2.1所示，设UGSQ=VGG=2 V，VDD=5 V，UGS（th）=1V，IDO=0.2mA，Rd=12kΩ。试计算电路静态漏极电流IDQ和漏源电压UDSQ。

解：设N沟道MOS管工作于饱和区，其漏极电流由式（3.1.4）决定，即

漏源电压为

由于UDSQ＞（UGSQ-UGS（th））=（2-1）V=1 V，说明NMOS管的确工作在饱和区，假设是正确的。

3.动态分析

在图3.2.1所示电路中，当输入正弦信号ui时，电路将处在动态工作情况。此时，FET各电极电流及电压都在静态值的基础上随输入信号ui作相应的变化。栅极源极间的电压uGS=UGSQ+ugs，图3.2.1中ugs=ui是加在栅极与源极间的交流电压。当uGS在ui的整个周期始终能保证UGSQ＞UGS（th）时，uGS随ui的变化必然导致受其控制的漏极电流iD产生相应变化，即iD=IDQ+id。其中id是交流电流，漏极源极间的电压uDS=VDD-iDRd=UDSQ+uds。值得指出的是，在ui=ugs的正半周，id将在静态电流IDQ的基础上增加，电阻Rd上的压降也在增加，因此uDS将在静态电压UDSQ的基础上减少；在ui的负半周，情况则相反。于是uds与ui是反相位的。如将uds用适当方式取出来，它就是该放大电路的输出电压uo。只要电路参数选择适当，就可以使uds（uo）的幅度比ui的幅度大得多，实现电压放大作用。由此可知，所谓放大实质上是放大器件的控制作用，放大器是一种能量控制部件。