电子发烧友App
放大器是一种电子设备，用于增强输入信号的幅度，它是唱片播放器或CD播放器等音频源以及均衡器、前置放大器和扬声器等其他设备的重要组成部分。放大器的子类别是MOSFET放大器，它使用MOSFET威廉希尔官方网站 以更少的功率处理数字信号。目前，MOSFET放大器是全球99%的微芯片的设计选择。
MOSFET放大器由Dawon Kahng和Mohamed Atalla于1959 年发明和制造，并于1960年初在宾夕法尼亚州匹兹堡的“卡内基梅隆大学”举行的固态器件会议上将其作为“硅-二氧化硅场感应表面器件”推出。
MOSFET放大器概念
使用金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 威廉希尔官方网站 的放大器称为MOSFET放大器。MOSFET也称为MOS(金属氧化物硅)晶体管，是一种绝缘栅场效应晶体管，所以这个晶体管是通过硅材料制造的。
MOSFET放大器是最常用的FET放大器，用于放大目的的场效应晶体管主要优点是具有较小的o/p阻抗和最大的i/p阻抗。
MOSFET放大器电路及工作原理
MOSFET放大器简单电路图如下图所示，在该电路中，漏极电压 (VD)、漏极电流 (ID)、栅源电压 (VGS) 以及栅极、源极和漏极的位置通过字母“G”、“S”和“ D”。
通常情况下，MOSFET在线性/欧姆、截止以及饱和三个区域工作。在这三个区域中，当MOSFET用作放大器时，它们应该工作在欧姆区域，当施加的电压增加时，流经器件的电流会增加。
MOSFET可在许多应用中用作小信号线性放大器。通常，在放大器电路中，场效应晶体管工作在饱和区。因此，在该区域中，电流的流动不取决于漏极电压 (VD)。简单来说，电流是栅极电压 (VG) 的主要函数。在这些放大器中，通常工作点在饱和区域内。
在MOSFET放大器中，栅极电压的微小变化将在漏极电流中产生很大的变化，就像在JFET中一样。因此，MOSFET会增加微弱信号的强度，所以它可以充当放大器。
MOSFET放大器工作过程
通过将源极、漏极、负载电阻和耦合电容连接到上述电路，可以设计一个完整的MOSFET放大器电路，MOSFET放大器的偏置电路如下所示：
上述偏置电路包括分压器，其主要作用是对晶体管进行单向偏置。因此，这是晶体管中最常用的偏置方法。它使用两个电阻器来确认电压是否分离并以正确的电平分配到MOSFET中。它是通过两个R1和R2并联电阻实现的。电路中的C1和C2耦合电容器保护偏置直流电压免受要放大的交流信号的影响。最后，将输出提供给由RL电阻形成的负载。偏置或栅极电压可以由下式给出：
VG = Vsupply x (R2/R1+R2)
其中，R1和R2的值通常会很大，以增强放大器的输入阻抗并降低欧姆功率损耗。
输入和输出电压(Vin和Vout)
为了简单起见，需要考虑没有负载与漏极分支并联。输入电压 (Vin) 可以通过栅极 (G) 提供给源 (S) 电压，即VGS。RS电阻上的电压降可由RS×ID给出。
根据跨导 (gm) 定义，当施加恒定的漏源电压时，ID(漏极电流)与 VGS(栅源电压)的比值，即：
(gm) = ID/VGS
因此，ID = gm×VGS，并且输入电压 (Vin) 可以由 VGS 分解，如下所示：
Vin = V GS x (1+gmRs)
o/p电压 (Vout) 简单地通过漏极电阻 (RD) 上的电压降给出：
Vout = – RD x ID = -gmVGS RD
此外，电压增益 (AV) 是输入电压与输出电压的比值。简化后，方程将变为：
Av = – RD/Rs=1/gm
在上述等式中，符号“-”来自MOSFET放大器与BJT CE放大器等效地反转o/p信号这一原理。因此，相移为180°或π rad。
MOSFET放大器的类型
MOSFET放大器有共源极 (CS)、共栅极 (CG) 和共漏极 (CD) 三种类型，下面分别讨论每种类型及其配置。
1、共源MOSFET放大器
共源放大器可以定义为当 i/p信号在栅极 (G) 和源 (S) 的两端给出时，o/p电压可以通过漏极内负载处的电阻器放大和获得。在此配置中，源端子充当i/p和o/p之间的公共端子。
共源MOSFET放大器与BJT的CE(common-emitter)放大器有关。由于高增益和可以实现更大的信号放大，这非常受欢迎。
在以下小信号共源MOSFET放大器中，“RD”电阻测量漏极 (D) 和接地 (G) 之间的电阻。这个小信号电路可以用下图所示的混合π模型代替。因此，在o/p端口内感应的电流为i = -g m v gs，也就是通过电流源指定的那样。
所以，vo = -g m v gs R D，通过观察可以发现：
Rin = ∞, vi = v sig , v gs = v i，所以开路电压增益为：
A vo = vo/vi = -g m R D
在小信号电路中，可以通过诺顿或戴维南等价来改变电路中的输出分数。在这种情况下，使用诺顿等式更方便。为了验证诺顿等效电阻，设置 vi = 0，这样电路将是开路，因此没有电流流动。通过测试电流威廉希尔官方网站 ，得知o/p电阻为：
R 0 = R D
负载电阻(RL)通过RD连接到o/p，则通过分压器公式的端电压增益可以表示为;
Av = Avo (R L /R L + Ro) = -gm (R D R L /R L + R D ) = -gm(R D ||RL)
根据 Rin =∞的信息，之后 vi = vsig。因此，电压增益 (Gv) 与电压增益准确度 (Av) 相似，即：Gv = v o /v sig = -gm(R D || R L )
因此，共源MOSFET放大器具有无限 i/p阻抗、高o/p电阻和高电压增益。输出电阻可以通过降低RD来降低，而电压增益也可以降低。与大多数晶体管放大器一样，共源MOSFET放大器的高频性能较差。
2、共栅极 (CG) 放大器
共栅 (CG) 放大器通常用作电压放大器或电流缓冲器。在CG配置中，晶体管的源极端子 (S) 像输入一样工作，而漏极端子像输出一样工作，栅极端子连接到地 (G)。共栅极放大器配置主要用于在i/p和o/p之间提供高度隔离，以防止振荡或减小输入阻抗。
共栅放大器等效电路的小信号模型和T模型如下所示。在“T”模型中，栅极电流始终为零。
如果施加的电压为“Vgs”且源电流为“Vgs*gm”，则有：
R=V/I=>R=Vgs/Vgsgm=1/gm
由于共栅放大器的输入电阻较小，可以表示为Rin = 1/gm。输入电阻通常为几百欧姆，所以o/p电压可以表示为：
vo = -iR D
其中：i = -vi/1/gm = -gmvi，因此，开路电压可以表示为：
Avo = vo/vi = g m R D
电路的输出电阻为 Ro = RD，因为小的 i/p阻抗对放大器增益有害。所以通过分压器的公式，可以得到：
Vi/vsig = Rin/ Rin + Rsig = 1/gm/1/gm + Rsig
与vsig 相比，’vi’ 被衰减，因为 ‘Rsig’ 通常优于1/gm。一旦负载电阻“RL”连接到o/p，那么正确的电压增益就是：Av = gmR D ||，因此电压增益表示为：
Gv = (1/gm/Rsig + 1/gm) gm(RD||RL) = RD||RL/Rsig + 1/gm
当i/p阻抗较小时，由最大功率定理可知，共栅 (CG) 放大器非常适合通过较小i/p阻抗匹配源，但它会消耗额外的电流，涉及信号源的高功率利用率。
因此，共栅极MOSFET放大器具有较小的i/p电阻“1/gm”。所以，这是不可取的，因为一旦通过输入电压驱动它就会消耗巨大的电流。当RD||RL比Rsig + 1/gm大，共栅极MOSFET放大器的电压增益就可以在幅度上与共源放大器的电压增益相关。当RO = RD 时，o/p电阻可以很高，这样可以看出该放大器的频率性能很高。
3、公共漏极放大器或源极MOSFET跟随器
共漏极 (CD) 放大器是将输入信号提供给栅极端子并从源极端子获得输出，从而使漏极 (D) 端子为两者共用。CD放大器经常用作电压缓冲器来驱动小型o/p负载。这种配置提供了极高的i/p阻抗和低的o/p阻抗。
共漏极放大器电路类似于BJT的射极跟随器电路。因此，它被用作电压缓冲器。该放大器是一个单位增益放大器，包括非常大的输入阻抗，尽管它的o/p阻抗较小。因此，它非常适合与低阻抗电路匹配的高阻抗电路，否则适用于以较大电源电流工作的电路。
共漏极放大器的小信号和T型等效电路如下图所示。在该电路中，i/p输入源可以通过戴维宁 (vsig) 和电阻器 (Rsig) 的等效电压来表示。负载电阻器 (RL) 可以连接到源 (S) 和地 (G) 之间的o/p。
由于上述电路的栅极电流 (IG) 为零，所以：
Rin = ∞
通过使用分压器的公式，注意到电压增益正确或端电压增益为：Av = vo/vi = RL/RL + 1/gm
开路电压增益：(RL = ∞) & Avo = 1
o/p电阻可以通过戴维南等价改用合适的MOSFET放大器元件来获得。通过在此端使用测试电流威廉希尔官方网站 ，将Vi值设置为 0，因此：Ro = 1/gm
由于无限输入阻抗 (Rin)，vi = vsig 和总电压增益，当电压增益适当Av时，Gv相似，即有：
Gv = Av = RL/RL + 1/gm
由于Ro = 1/gm通常通过大负载电阻“RL”很小，因此增益低于单位增益，但接近单位增益。因此，它也是一个源极跟随器，因为源极电压随器i/p电压，但是，它可以向o/p提供比i/p电流更大的电流。
BJT和MOSFET放大器的区别
下面列出了Mosfet放大器与晶体管放大器之间的区别：
MOSFET放大器与普通放大器的区别
MOSFET放大器与普通放大器的区别在于，放大器是一种电子电路，用于放大提供给其i/p端子的信号幅度并产生高幅度信号作为输出。而MOSFET放大器是放大器中的一个子类别，它使用MOSFET或金属氧化物半导体场效应晶体管威廉希尔官方网站 以相当低的功耗处理数字信号。
MOSFET放大器的优缺点
MOSFET放大器的优点包括以下几个方面内容：
Mosfet放大器具有低损耗。
通信速度很高。
Mosfet放大器占用空间小，速度快。
与BJT相比，功耗更低。
FET放大器具有非常高的i/p阻抗和低的o/p阻抗。
MOSFET放大器的缺点包括以下几个方面内容：
设计比较昂贵
增益很小
MOSFET放大器的主要应用
MOSFET放大器的应用 包括以下内容：
用于信号放大。
用于小信号线性放大器，因为它们的高输入阻抗使得这些放大器的偏置很容易。
广泛用于射频应用。
是最常用的FET放大器。
总结
以上就是关于MOSFET放大器原理、种类及其应用特点的相关内容，可以看出，在这个放大器中，命令信号是一个栅极信号，用于控制源极 (S) 和漏极 (D) 之间的电流流动。
当然，与JFET一样，栅极电压的微小变化会在漏极电流中产生巨大的变化，所以这个理论事实会使MOSFET放大一个微弱的信号，因此它起到了放大器的作用。
审核编辑：汤梓红
工商网监
评论