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    U G S Q U_{GSQ} UGSQ对共源放大电路电压放大倍数的影响

    电路搭建(采用增强型MOSFET)恒流区 i D = I D O ( U G S U G S ( t h ) − 1 ) 2 i_D=I_{DO}(\frac{U_{GS}}{U_{GS(th)}}-1)^2 iD=IDO(UGS(th)UGS1)2
    在这里插入图片描述

    仿真分析1

    采用参数扫描分析方法,设置直流电源V1为被扫描电源,节点1为输出,又源极电阻为1 Ω \Omega Ω,因此节点1的输出可视为漏(源)极电流。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    发现,该增强型MOSFET的开启电压 U G S ( t h ) U_{GS(th)} UGS(th)=2V, I D O ≈ 200 m A I_{DO}\approx200mA IDO200mA I D O I_{DO} IDO是当 U G S U_{GS} UGS=2 U G S ( t h ) U_{GS(th)} UGS(th)时的漏极电流)

    仿真分析2

    R g 2 R_{g2} Rg2分别为6M Ω \Omega Ω和6.1M Ω \Omega Ω时,采用电压表和示波器测 U G S Q U_{GSQ} UGSQ U D S Q U_{DSQ} UDSQ U o U_o Uo
    在这里插入图片描述
    R g 2 R_{g2} Rg2= 6 M Ω 6M\Omega 6MΩ时,
    在这里插入图片描述
    U G S Q U_{GSQ} UGSQ=2.137V, U D S Q U_{DSQ} UDSQ=5.555V ⇒ \Rightarrow I D Q ≈ 0.938 u A I_{DQ} \approx 0.938uA IDQ0.938uA
    U o ≈ U_o\approx Uo 710mV

    R g 2 R_{g2} Rg2= 6.1 M Ω 6.1M\Omega 6.1MΩ时,在这里插入图片描述
    U G S Q U_{GSQ} UGSQ=2.107V, U D S Q U_{DSQ} UDSQ=9.254V ⇒ \Rightarrow I D Q ≈ 0.572 u A I_{DQ} \approx 0.572uA IDQ0.572uA
    U o ≈ U_o\approx Uo 546mV

    输入电压峰值/mV R g 2 / M Ω R_{g2}/M\Omega Rg2/MΩ U G S Q U_{GSQ} UGSQ/V U D S Q U_{DSQ} UDSQ/V I D Q I_{DQ} IDQ/uA U o / m V U_o/mV Uo/mV电压放大倍数Av
    106.02.1375.5550.938710-71.0
    106.12.1079.2540.572546-54.6

    随着 R g 2 R_{g2} Rg2增大, U G S Q U_{GSQ} UGSQ减小, I D Q I_{DQ} IDQ减小,电压放大倍数减小
    ⇒ \Rightarrow 调整偏置电阻,使 U G S Q U_{GSQ} UGSQ增大, I D Q I_{DQ} IDQ增大,从而提高电压放大能力。当然要保证管子工作在恒流区,不失真,即 U G S > U G S ( t h ) U_{GS}>U_{GS(th)} UGS>UGS(th) U G D < U G S ( t h ) U_{GD}<U_{GS(th)} UGD<UGS(th)

    理论计算

    g m = ∂ i d ∂ u G S g_m=\frac{\partial i_d}{\partial u_{GS}} gm=uGSid

    ⇒ g m = 2 I D O U G S ( t h ) ( U G S U G S ( t h ) − 1 ) \Rightarrow g_m=\frac{2I_{DO} }{U_{GS(th)}}(\frac{U_{GS}}{{U_{GS(th)}}}-1) gm=UGS(th)2IDO(UGS(th)UGS1)

    ⇒ \Rightarrow g m 1 = 0.0137 S ; g m 2 = 0.0137 S g_{m1}=0.0137S; g_{m2}=0.0137S gm1=0.0137S;gm2=0.0137S

    ⇒ A v = − g m R d ∣ ∣ R L \Rightarrow A_v=-g_mR_d||R_L Av=gmRdRL

    ⇒ A v 1 = − 68.5 ; A v 2 = − 53.5 \Rightarrow A_{v1}=-68.5;A_{v2}=-53.5 Av1=68.5;Av2=53.5

    理论计算与实验结果比较

    输入电压峰值/mV R g 2 / M Ω R_{g2}/M\Omega Rg2/MΩ U G S Q U_{GSQ} UGSQ/V U D S Q U_{DSQ} UDSQ/V I D Q I_{DQ} IDQ/uA U o / m V U_o/mV Uo/mV电压放大倍数Av(实验值)电压放大倍数Av(理论计算)
    106.02.1375.5550.938710-71.0-68.5
    106.12.1079.2540.572546-54.6-53.5

    说明,公式的近似效果甚好,同时也说明了仿真对电路调试的实际指导意义

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  • 共源放大电路.ms12

    2020-12-24 16:19:33
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    2020-07-17 13:42:57
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  • JFET 共源放大电路设计

    千次阅读 2019-08-26 19:04:53
    1.要求: a.增益10db Av= 20log(Vout/Vin) Vout/Vin = 3; b.... ...2.管子种类不一样,IDSS不一样,2SK184GR IDSS范围:2.6ma~6.5...IDSS即可,此处为了安全起见,选择ID=1Ma.Id决定了传导率和噪声,所以设计电路从ID...

    1.要求:

      a.增益10db  Av= 20log(Vout/Vin)     Vout/Vin  = 3;

      b.峰峰值:3Vp-p

      

    2.管子种类不一样,IDSS不一样,2SK184GR  IDSS范围:2.6ma~6.5Ma。

    • 取Id值,设计RD\RS阻值,取值条件只需满足<IDSS即可,此处为了安全起见,选择ID=1Ma.Id决定了传导率和噪声,所以设计电路从ID开始。

           RS=VS/I=2V/1Ma= 2K,   VS选择在1V以上,避免温度变化带来的偏移。

           RD=Av*Rs= 3*2K= 6K。

          功耗计算:P=(15V-1ma*2k-1ma*6k)*I=7V*1ma = 7mW.   小于2SK184GR  PD 200mW。

    • 栅极偏压电路设计

          2SK184GR 传输特性曲线:

    IDSS在1MA左右时,根据上图VGS范围在-0.1~0.4之间,取中间值-0.25V,然后得到VG=2v-0.25V=1.75v,R1电阻压降1.75V,R2电阻压降13.25V。因JFET 输入电阻非常大,G\S间电流几乎为0.

     R2 =20 K,R1=150K。  

     

    Pspice 采用BC264A做仿真,仿真原理图如下:

    Q:

    为什么放大倍数只有2.5倍左右?排查发现S级电压增量和Vin输入电压不一样实际没有2Vp-p.红色为输入信号VIN,绿色为Vs增量。

     

     

     

     

     

     

     

    展开全文
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    转载文章来自:

    MOSFET理解与应用:Lec 12—一篇文章搞定共源级放大电路
    https://baijiahao.baidu.com/s?id=1616701539915827630&wfr=spider&for=pc

    为了便于保存和引用才进行转载学习

    本期内容:

    共源级放大电路的偏置设计

    共源级放大电路的小信号分析

    ——————————————————————————————————

    1、共源级放大器的偏置电路设计

    Fig. 1

    一个合适的偏置电路设计是放大器工作的前提,偏置电路需要使MOSFET工作在饱和区。如图Fig. 1,这是一个前几期讲过的MOSFET放大器的最基本电路。

    ① 电阻分压偏置电路

    Fig. 2是一个最简单常见的偏置电路的设计,对比Fig. 1有很多不用,首先栅极没有了偏置直流电源,多了好几个电阻,多了一个电容,这些器件都有什么用呢?

    Fig. 2

    Fig. 1中的供电设计是复杂的,需要两种电源才能使放大器工作,这个是我们不希望的,所以Fig. 2中利用电阻的分压电路,使VDD分一部分电压给栅极提供偏置电压,大小为VDD*R2/(R1+R2)。这样整个系统就可以只用一个供电单元来提供电压,简化了设计。所以R1,R2的作用是分压,为MOSFET提供栅极开启电压。Fig. 2 中的R0为小信号源的内阻,这个内阻在实际电路设计中是必须要考虑的,比如要放大的信号时麦克风信号,那R0就表示麦克风的内阻。Fig. 2 中的C0为一个隔直电容,作用是防止前级直流信号对后级偏置电压的影响。只有交流信号能够通过后级电路进行放大。但是电容对于MOSFET器件来说是一个非常大的器件,增加一个电容会占用芯片很大一块位置,所以尽量避免使用电容,如图Fig. 3有两级放大电路,如果前一级的输出Vx的直流部分正好可以作为后级的直流偏置,则不需要加电容和分压电阻。

    Fig. 3

    选择合适的R0,R1,RD才能使MOSFET工作在饱和区,使其具有放大作用。下期讲介绍一个实际的例子来说明这些电阻应该如何选取,大概的量级是多少。

    ② 自偏置电路

    Fig. 4是一个自偏置电路的设计,此时,通过RF的电流为零,RF两边的电压相等,MOSFET的漏极电压和栅极电压相等,都等于VDD-I_D * R_D。

    Fig. 4

    自偏置电路的好处是它对MOSFET的截止电压的敏感性弱,因为工艺的公差会导致两片晶圆片的阈值电压不可能完全相等,比如晶圆片A的阈值电压为V_TH,A,晶圆片B的阈值电压为V_TH,B,如下图Fig. 5,如果用电阻分压方法来提供栅极的偏置电压,则相同的V_GS在两个晶圆片上得到的漏极电流是不同的,这就会导致两片晶圆片做出来的放大器的放大倍数不相同。

    Fig. 5

    但如果用Fig. 4的自偏压电路,V_TH上升会导致I_D下降,I_D下降会导致V_{GS}上升,V_{GS}上升又会导致I_D上升,这个电路有个自反馈的过程在,所以他对V_TH的变化敏感性不高,在一定程度上晶圆片的公差不过过大的影响放大器的性能。

    共源级放大电路的偏置部分就介绍这两种,其他种类的偏置电路大同小异。

    2、共源级放大电路的小信号分析

    放大电路的小信号分析主要考虑三个参数,放大倍数、输入阻抗和输出阻抗,这三个参数直接影响实际电路中的小信号放大倍数。我们以电阻分压偏置电路Fig. 2为例进行计算这三个参数。这里主要运用MOSFET的小信号电路模型和输入阻抗和输出阻抗的概念。不清楚的请查看。MOSFET理解与应用:Lec 9—NMOS、PMOS小信号电路模型总结、MOSFET理解与应用:Lec 10—输入阻抗和输出阻抗的概念。

    Fig. 6

    如图Fig. 6,为电阻分压偏置电路的小信号电路模型,这里只是将Lec 9 中的模型替换了MOSFET器件,是不是超级简单。通过这个电路图可以求出:

    从这个式子可以看出要使放大倍数提高,需要R1||R2远大于R0。这也是偏置电路设计时需要注意的一点。

    总结一下:偏置电路是设计是为了放大器能够正常工作,使MOSFET工作在饱和区,同时引入的器件如电阻也会影响MOSFET的放大倍数。然后利用小信号模型求出具体的放大倍数,输入输出阻抗这三个变量。

    展开全文
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