这一章在干嘛?

给 FET 搭「小信号等效模型」,然后像第 5 章分析 BJT 一样,逐个分析共源、共漏(源随器)、共栅三种组态的增益与阻抗。最后把 D-MOSFET、E-MOSFET 的模型也补齐——FET 放大器高输入阻抗、低噪声,是很多前端电路的心头好。

8.1 两个关键参数:gm 与 rd

8.2 JFET 等效模型与共源放大

8.3 自偏压与分压偏置放大器

8.4 共栅与源极跟随器

8.5 D-MOSFET 与 E-MOSFET 放大器

8.1 两个关键参数:gm 与 rd

FET 是压控电流源:栅压变化 ΔVGS 引起漏极电流变化 ΔID。跨导 gm 描述这个「电压→电流」的转换效率:

g

m

= ΔI

D

/ΔV

GS

= g

m0

·(1 − V

GS

/V

P

) g

m0

= 2·I

DSS

/|V

P

|

原书图 8.1 原书图 8.1:g_m 的定义:转移曲线上 Q 点处的斜率

输出端看,漏极特性曲线在放大区并不完全水平,微微上翘,用输出电阻 rd 描述:

原书图 8.6 原书图 8.6:r_d 的定义:漏极特性曲线在 Q 点处的斜率的倒数

直觉:

g m 越大放大能力越强(Q 点越靠近 I DSS 越大);r d 通常几十 kΩ 起,初步估算常按开路处理。

8.2 JFET 等效模型与共源放大

把 FET 翻译成电路语言:输入端近乎开路(栅极无穷阻),输出端是受控电流源 gmVgs 并联 rd:

原书图 8.8 原书图 8.8:JFET 小信号等效电路:压控电流源 g_m·V_gs + r_d

共源组态(固定偏置放大器):信号进栅极、出漏极,输出与输入反相:

原书图 8.10 原书图 8.10:共源固定偏置放大器

Z

i

= R

G

Z

o

= r

d

∥R

D

A

v

= −g

m

·(r

d

∥R

D

) (r

d

≫R

D

时 ≈ −g

m

R

D

8.3 自偏压与分压偏置放大器

自偏压电路若 RS 不并联旁路电容,会引入负反馈使增益下降(Av ≈ −gmRD/(1+gmRS)):

原书图 8.15 原书图 8.15:自偏压共源放大器:R_S 决定偏置,也影响增益

分压偏置版同理,只是栅极电位由分压网络定:

原书图 8.21 原书图 8.21:分压偏置共源放大器

工程习惯:

要增益就在 R S 上并大电容(旁路);要稳定就留着 R S 。和 BJT 的 R E 一模一样的取舍。

8.4 共栅与源极跟随器

共栅组态:信号从源极进、漏极出,输入阻抗低(≈1/gm)、不反相,高频性能好:

原书图 8.24 原书图 8.24:共栅放大器:信号从源极进、漏极出

共漏组态(源极跟随器):输出从源极取,增益略小于 1、不反相,输入阻抗极高——当「阻抗变换器/缓冲器」用:

原书图 8.28 原书图 8.28:源极跟随器:A_v≈1,高输入低输出阻抗

三组态速记:

共源=反相有增益(干活的);共漏=跟屁虫(缓冲的);共栅=低进低出(高频的)。和 BJT 的共射/共集/共基一一对应。

8.5 D-MOSFET 与 E-MOSFET 放大器

D-MOSFET 因为 VGS 可正可负,交流模型与 JFET 相同:

原书图 8.33 原书图 8.33:D-MOSFET 交流等效模型:与 JFET 一致

E-MOSFET 的受控源改用 gm=2k(VGS−VT) 表达,典型接法是漏极反馈分压偏置

原书图 8.36 原书图 8.36:E-MOSFET 小信号模型

原书图 8.37 原书图 8.37:E-MOSFET 漏极反馈放大器:R_G 兼做偏置与信号通路

原书图 8.41 原书图 8.41:E-MOSFET 分压偏置放大器