MOSFET放大电路

一、直流偏置及静态工作点的计算（以简单的共源极放大电路为例）

直流时耦合电容 $C_{b1}$ 、 $C_{b2}$ 视为开路，交流时 $C_{b1}$ 将输入电压信号耦合到MOSFET的栅极，而通过 $C_{b2}$ 的隔离和耦合将放大后的交流信号输出。

图（a）的直流通路如图（b）所示。由图可知，栅源电压 $V_{GS}$ 由 $R_{g1}$ 、 $R_{g2}$ 组成的分压式偏置电路提供。因此有

$V_{GS}=(\frac{R_{g2}}{R_{g1}+R_{g2}})V_{DD}$

假设场效应管T的开启电压为 $V_{T}$ ，NMOS管的确工作在饱和区，则漏极电流为

$I_{D}=K_{n}(V_{GS}-V_{T})^{2}$

漏源电压为

$V_{DS}=V_{DD}-I_{D}R_{d}$

若计算出来的 $V_{DS}>(V_{GS}-V_{T})$ ，则说明NOMS管的确工作在饱和区，前面的分析正确。若 $V_{DS}<(V_{GS}-V_{T})$ ，说明管子工作于可变电阻区，漏极电流可由

$i_{D}=K_{n}[2(v_{GS}-V_{T})v_{DS}-v_{DS}^{2}]$

求得。

例题、电路如图（b）所示，设 $R_{g1}=60k\Omega$ ， $R_{g2}=40k\Omega$ ， $R_{d}=15k\Omega$ ， $V_{DD}=5V$ ， $V_{T}=1V$ ， $K_{n}=0.2mA/V^{2}$ 。试计算电路的静态漏极电流 $I_{DQ}$ 和漏源电压 $V_{DSQ}$ 。

解：

$V_{GSQ}=(\frac{R_{g2}}{R_{g1}+R_{g2}})V_{DD}=\frac{40}{60+40}\times 5V=2V$

设E型NMOS管工作于饱和区，其漏极电流为

$I_{DQ}=K_{n}(V_{GS}-V_{T})^{2}=0.2\times (2-1)^{2}mA=0.2mA$

漏源电压为

$V_{DSQ}=V_{DD}-I_{D}R_{d}=(5-0.2\times 15)V=2V$

由于 $V_{DSQ}>(V_{GSQ}-V_{T})=(2-1)V=1V$ ，说明E型NMOS管的确工作在饱和区，上述分析正确。

综上，对于E型NMOS管的直流计算，可以采取下述步骤：

①设MOS管工作于饱和区，则有 $V_{GSQ}>V_{T}$ ， $I_{DQ}>0$ ， $V_{DSQ}>(V_{GSQ}-V_{T})$

②利用饱和区的电流-电压关系曲线分析电路。

③如果出现 $V_{GSQ}< V_{T}$ ，则MOS管可能截止，如果 $V_{DSQ}<(V_{GSQ}-V_{T})$ ，则MOS管可能工作在可变电阻区。

④如果初始假设被证明是错误的，则必须作出新的假设，同时重新分析电路。

二、带源极电阻的NMOS共源极放大电路

为了稳定静态工作点，在MOS管源极接入电阻。带源极电阻的NMOS共源极放大电路如上图所示。此时栅源电压 $V_{GS}$ 为

$V_{GS}=V_{G}-V_{S}=[\frac{R_{g2}}{R_{g1}+R_{g2}}(V_{DD}+V_{SS})-V_{SS}]-(I_{D}R-V_{SS})$

这个式子可以简单的理解为，在 $V_{GS}=(\frac{R_{g2}}{R_{g1}+R_{g2}})V_{DD}$ 的基础上减掉了源极电阻分走的电压，在两个括号内都减掉了 $V_{SS}$ 具体计算时可直接忽略。注意到源极电阻的一段电势为 $-V_{SS}$ ，所以在计算漏源电压时 $V_{DD}-(-V_{SS})=V_{DD}+V_{SS}$ ，下面的计算公式都是如此。

那么当NMOS管工作在饱和区时，其漏极电流为

$I_{D}=K_{n}(V_{GS}-V_{T})^{2}$

漏源电压为

$V_{DS}=(V_{DD}+V_{SS})-I_{D}(R_{d}+R)$

例题、电路如上图所示，设MOS管的参数为 $V_{T}=1V$ ， $K_{n}=500\mu A/V^{2}$ 。电路的参数为 $V_{DD}=5V$ ， $-V_{SS}=-5V$ ， $R_{d}=10k\Omega$ ， $R=0.5k\Omega$ ， $I_{D}=0.5mA$ 。若流过 $R_{g1}$ 、 $R_{g2}$ 的电流是 $I_{D}$ 的 $\frac{1}{10}$ ，试确定 $R_{g1}$ 、 $R_{g2}$ 的值。