硬件基础12 MOSFET场效应三极管小信号分析
硬件基础12 MOSFET场效应三极管小信号分析
目录
一、FET小信号基本模型
二、小信号模型分析共源级放大电路
1、计算Q点
2、计算gm互导和rds电阻
3、画出小信号等效
三、小信号模型分析带源级电阻的共源级放大电路
1、计算Q点
2、计算gm互导和rds电阻
3、画出小信号等效
一、FET小信号基本模型
有如下重要关系式，总电流为小信号+静态：
iDQ=Kn*(VGSQ-VTN)²
id=gm*vgs
iD=IDQ+id
小信号模型中的电流源 gmvgs，是受 vgs控制的，当vgs=0时，电流源 gmvgs就不存在了，因此称其为受控电流源，它代表FET的栅源电压vgs对漏极电流的控制作用。电流源的流向由 vgs的正向决定。
二、小信号模型分析共源级放大电路
1、计算Q点
此时VGS-VTN＝1V＜VDS，说明工作在饱和区，满足线性放大器。
2、计算gm互导和rds电阻
gm=2Kn（VGS-VTN）=20.8(2-1)mS=1.6mS
rds=[λKn*(VGS-VTN)²]^-1=1/(0.02*0.8)=62.5KΩ
3、画出小信号等效
计算电压增益
Vo=-gmvgs(rds||Rd)
Vi=vgs
Av=-gm*(rds||Rd)
计算输入电阻
Ri=Vi/ii=Rg1||Rg2
计算输出电阻
Ro=Vo/Io=rds||Rd
三、小信号模型分析带源级电阻的共源级放大电路
和前文提到的三极管一样，加入源级电阻后，其会使得工作点更加稳定。
1、计算Q点
VGQ=Rg2/(Rg1+Rg2)*(VDD+VSS)-VSS
ID=Kn*(VGS-VTN)²
VGSQ=VGQ-VSQ=[Rg2/(Rg1+Rg2)(VDD+VSS)-VSS]-(IDQRs-VSS)
VDSQ=(VDD+VSS)ID(Rd+Rs)
VDS＞VGSQ-VTN
若温度升高等元器件参数问题，导致IDQ增大，IDQ*Rs增大，VGSQ降低，导致IDQ降低。
2、计算gm互导和rds电阻
gm=2Kn（VGS-VTN）
rds=[λKn*(VGS-VTN)²]^-1
3、画出小信号等效
计算电压增益
Vo=-gmvgs(rds||Rd)，图中未标注rds是考虑假设题干给出λ=0.算出rds＝∞
Vi=vgs+gmvgsRs
Av=-gmRd/(1+gmRs)
同理可发现，Rs使得电压增益下降，可以并联电容解决。
计算输入电阻
Ri=Vi/ii=Rg1||Rg2
计算输出电阻
Ro=Vo/Io=Rd
计算源电压增益
Avs=Vo/Vs=Av*(Ri/(Ri+Rsi))