电阻作负载的共源级放大器见过吗？共源级放大器的偏置电路设计！

电阻作负载的共源级放大器见过吗？共源级放大器的偏置电路设计！

电阻作负载的共源级放大器是电子工程领域中常见的放大器结构，其设计和工作原理对于理解放大器的基本特性至关重要。本文将详细介绍这种放大器的结构特点及其偏置电路的设计方法。

采用电阻作负载的共源级放大器

这是采用电阻作负载的共源级的结构图，电路的大信号和小信号的特性我们都需要研究，我们先分析一下电路的大信号模型。

Vout=VDD-IDRD，对于M1晶体管而言，VGS=Vin；VDS=Vout。

上图为输入-输出特性曲线。

如果Vin < VTH，M1工作在截止区，ID=0，所以Vout=VDD。

当Vin接近VTH时，M1管开始导通，存在漏极电流ID，使得Vout减小。因此，我们可以得到：

这里忽视了沟道长度调制效应。Vin越大，Vout越小。M1继续工作在饱和区。

当M1处于线性区和饱和区边界时，Vout=Vin-VTH，也就是对应图中的A点。

当Vin > Vin1时，M1工作在线性区：

因为要让器件工作在饱和区，所以Vout>Vin-VTH，工作在A点的左侧。

对输出电压求关于输入电压的偏导数，可以计算出增益的大小，当然，我们也可以通过小信号模型的方法，更为简便的看出其增益的大小。

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。

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。