为什么要给放大器设置一个工作点

在设计放大器的时候，我们都会给放大器设置一个工作点，所谓工作点，就是指管子在直流工作状态下，对应的电压和电流。

但是，有没有想过，到底为什么要设置这么一个工作点呢？

MOS管在饱和区时，其漏极电流对应的公式为：

此处，忽略沟道长度调制效应(channel length modulation)。

为什么假定MOS管在饱和区呢？这是因为，只有在饱和区，MOS管才能等效为一个电流源，才有放大的作用。

如果对上述公式，绘制个图，横轴是VGS，纵轴是ID，则可以得到如下图形。

现在假设有一个MOS管子，源极接地。图中忽略VDD，因为在饱和区，VDD的大小不太影响ID的大小。

也就是说，输入电压太小，整个周期中，都没能开启MOS管，当然也就没有我们所预期的放大效应了。

接下来，在栅极加一个固定的直流电压，使得输入到栅极的信号为小信号Vin和直流电压VD的叠加。假设给这个直流电压VD=VTH。而Vin=5sinwt mV。

很显然，工作点被移到了VTH处，但是会出现这样两个问题。

(1) 在信号的负半轴，VTH+Vin

(2) 在信号的正半轴，VTH+Vin>VTH，这时候输出电流不为0. 但是，这个时候ID很小，需要配合大的RL，才能获得合适的增益。可以看看下图中的数据。

再接下来，把VD进一步提高。使得VD离VTH有一定的距离。此时，发现电流的变化提高的uA级别，且获得所需输出电压所需要的电阻降为25kohm。

从上面的分析，可以知道，如果我们想让MOS管放大信号，那么我们不能期待给它输入信号，它就能放大。我们需要给他一个偏置，即使在没有输入信号的时候，MOS管也具有相应的电压和电流，称之为偏置。也就说，我们需要给MOS管一个合适的电压和电流，它才能进入放大的工作状态。

来源： 本文转载自加油射频工程师公众号

审核编辑：汤梓红