4.4 共源极放大电路
共源极放大器电路及原理
根据输入电阻的定义得 R1) 静态工作点的测试上图为场效应管共源极放大器实验电路图。
该电路采用的自给偏压的方式为放大器建立静态工作点，栅极通过R1接地，因R1中无电流流过，所以栅极与地等电位。
即VG=O , 可用万用表测出静态工作点 IDQ 和VDSQ 值。
2) 输入输出阻抗的测试VS 与Vi ,这样求得两端的电压为 VR=VS — Vi ,流过电阻R 的电流实际就是放大电路的输入电流Ii 。
共源极放大器电路及原理上图是伏安法测试放大电路的连接图。
其在输入回路中串接一取样电阻 R ,输入信号调整在放大电路用晶体管毫对地的交流电压 (1) 输入阻抗的测量2）输出阻抗的测量放大器输出阻抗的大小，说明该放大器带负载的能力。
用伏安法测试放大电路的输出阻抗的测试电路如下图所示。
放大器输出阻抗的大小，说明该放大器带负载的能力。
用伏输入信号的频率仍选择在放大电路的中频段，输入信号的大小仍调整到确保输出信号不失真为条件，因此仍须用示波器监视输出信号的波形。
第一步在不接负载RL的情况下，用毫伏表测得输出电压第二步在接上负载RL的情况下，用毫伏表测得输出电压心=（尹-叽3）高输入阻抗Zi的测试前面讲了一般放大器输入阻抗的测量方法, F面以场效应管源极跟随器为例，介绍高输入放大器的输入阻抗的测试方法。
类似于源极跟随器这样的高输入阻抗放大器的输入阻抗•往往可以等效成一个输入电阻Z i和一个输入电容Ci的并联形式，因此，必须分辨测出Ri和Ci的值才能确定输入阻抗Zi的值。
测量Ri,由于被测电路的输入阻抗很高，可以和毫伏表的输入阻抗相比拟，若将毫伏表直接接到被测放大电路的输入端，会引起严重的测试误差. 为了减少小毫伏表并联接入引起的测量误差，要求毫伏表的输入电阻远大于被测电路的输入电阻，一般要求大于20倍以上•对于一般的毫伏表来说，是无法满足这样的要求的•但是被测电路是一的源极跟随器•具有高输入阻抗，低输出阻抗的特点，因而，可以不直接测试放大电路的输入电压，而V01。
共源极放大电路及二极管仿真模电课设
1课程设计的目的与作用（1）了解并掌握Multisim软件，并能熟练的使用其进行仿真。
（2）加深理解电路的组成及性能。
（3）进一步学习放大电路基本参数的测试方法。
（4）通过自己动手亲自设计和用Multisim软件来仿真电路，不仅能使我们对书上说涉及到得程序软件有着更进一步的了解和掌握，而且通过用计算机仿真，避免了实际动手操作时机器带来的误差，使我们对上课所学到的知识也有跟深刻的了解。
2设计任务、及所用multisim软件环境介绍2.1设计任务（1）设计一个共源极放大电路，由自己独立完成。
在实验中通过自己动手调试电路，能够真正掌握实验原理，明白调试与性能指标的测试方法。
（2）设计一个二极管仿真电路，由自己独立完成。
在实验中通过自己动手调试电路，能够真正掌握实验原理，并能调节产生正确的输出波形。
（3）正确理解所设计电路中各元件参数对输出波形的影响。
（4）正确处理理论数据和仿真数据，在比较中加深理解。
2.2 Multisim软件环境介绍Multisim是加拿大IIT公司（Interrative Image Technologies Ltd）推出的基于Windows的电路仿真软件，由于采用交互式的界面，比较直观、操作方便，具有丰富的元器件库和品种繁多的虚拟仪器，以及强大的分析功能等特点，因而得到了广泛的引用。
针对不同的用户，提供了多种版本，例如学生版、教育版、个人版、专业版和超级专业版。
其中教育版适合高校的教学用。
Multisim 7主界面。
启动Multisim，就会看到其主界面，主要是由菜单栏、系统工具栏、设计工具栏、元件工具栏、仪器工具栏使用中元件列表、仿真开关、状态栏以及电路图编辑窗口等组成。
如图1：Multisim软件界面图所示。
Multisim 7提供了丰富的元器件。
这些元器件按照不同的类型和种类分别存放在若干个分类库中。
这些元件包括现实元件和虚拟元件。
所谓的现实元件给出了具体的型号，它们的模型数据根据该型号元件参数的典型值确定。
场效应管共源放大电路
54/734.2.3 场效应管三种基本放大电路场效应管放大电路的组成只能有三种连接方式：①共源极（CS, Common-Source）放大电路②共漏极（CD, Common-Drain）放大电路③共栅极（CG, Common-Gate ）放大电路1. 共源放大电路•直流分析U GS = U G -U S-ID R S2G S D D SS G S,th(1)UI I U =-U GSQ 和I DQU DSQ =E D -I DQ (R S +R D )D 212E R R R+=一般r ds 较大可忽略i d GR G R 1R 2R D R L D r ds R S S U gsU i U o未接C s 时io U U U A =- g m U gs (R D //R L )U gs + g m U gs R s =- g m R 'D 1+ g m R s R 'D =R D //R L •交流分析g m U gsI d G R G R 1R 2R D R L D r ds R S g m U gs U gs U i U o S 未接C s 时U A =- g m R 'D1+ g m R sr 'i r 'i =R G +(R 1//R 2)≈R Gr 'o r 'o ≈ R D接入C s 时A U = -g m (R D //R L )r 'i =R G +(R 1//R 2)≈R Gr 'o =R D R s 的作用是提供一个直流栅源电压、引入直流负反馈来稳定工作点。
但它同时对交流也起负反馈作用，使电路的放大倍数降低。
接入C S 可以消除R S 对交流的负反馈作用。
（详见反馈章节）57/73共源放大电路小结：共源放大电路特点：电压增益高，输入电阻高，输出电阻较高，输出电压与输入电压反相。
A U = -g m (R D //R L )r 'i =R G +(R 1//R 2)≈R G r 'o =RD58/73制作单位：北京交通大学电子信息工程学院 《模拟电子技术》课程组。
共源极放大电路增益计算
共源极放大电路增益计算共源极放大电路是一种常见的放大电路，它在电子设备中有着广泛的应用。
本文将从增益计算的角度，对共源极放大电路进行详细介绍。
我们需要了解共源极放大电路的基本结构和原理。
共源极放大电路由一个场效应管（通常是N沟道MOSFET）构成，该管的栅极与信号源相连，漏极与负载电阻相连，源极接地。
通过对栅极施加不同的电压信号，可以控制漏极电流的大小，从而实现电压信号的放大。
接下来，我们将重点讨论共源极放大电路的增益计算。
在共源极放大电路中，增益可以分为电压增益和功率增益两种。
首先是电压增益的计算。
电压增益是指输出电压与输入电压之间的比值。
在共源极放大电路中，电压增益可以通过以下公式来计算：电压增益(Av) = -gm * RL其中，gm表示场效应管的跨导，RL表示负载电阻。
跨导是指单位栅极-源极电压变化引起的漏极电流变化的比值。
负载电阻则是指连接在漏极和电源之间的电阻。
通过调节跨导和负载电阻的大小，可以改变电压增益的值。
功率增益是指输出功率与输入功率之间的比值。
功率增益可以通过以下公式来计算：功率增益(Ap) = -gm^2 * RL从公式可以看出，功率增益与电压增益相比，多了一个跨导的平方项。
这是因为功率增益不仅与电压增益有关，还与输入信号的功率有关。
通过调节跨导和负载电阻的大小，可以改变功率增益的值。
需要注意的是，上述公式中的负号表示输出信号与输入信号之间的相位差为180度，即反相。
这是由于共源极放大电路的特性决定的。
在实际应用中，为了获得更高的增益，可以采取一些增益增强技术。
例如，可以使用级联放大电路来实现更高的增益。
级联放大电路将多个共源极放大电路连接在一起，输出信号经过多级放大，从而实现更高的增益。
为了提高共源极放大电路的性能，还可以采取一些补偿措施。
例如，可以增加源极电阻，以提高电路的稳定性和频率响应。
另外，可以采用负反馈的方法，通过将部分输出信号反馈到输入端，来抑制非线性失真和增加电路的线性范围。
共源极放大电路实训报告
一、实验目的1. 理解共源极放大电路的工作原理和基本组成。
2. 掌握共源极放大电路静态工作点的设置方法。
3. 学习共源极放大电路的动态性能分析，包括电压放大倍数、输入阻抗、输出阻抗等。
4. 通过实验验证理论分析的正确性。
二、实验原理共源极放大电路是场效应管放大电路的一种基本形式，其工作原理基于场效应管栅源电压（VGS）对漏源电流（ID）的控制。
在共源极放大电路中，信号从源极输入，经过放大后从漏极输出。
三、实验仪器与设备1. 数字万用表2. 函数信号发生器3. 示波器4. 源极跟随器5. 晶体管6. 电位器7. 电阻8. 电容四、实验步骤1. 搭建共源极放大电路根据实验电路图，将晶体管、电阻、电容等元件按照要求连接成共源极放大电路。
2. 设置静态工作点通过调整源极电阻和漏极电阻，使晶体管工作在放大区。
使用数字万用表测量晶体管的漏源电压（VDS）和栅源电压（VGS），确保静态工作点符合设计要求。
3. 测量输入阻抗将函数信号发生器输出信号连接到共源极放大电路的源极，使用示波器测量输入端电压和电流。
根据输入电阻的定义，计算输入阻抗。
4. 测量输出阻抗在共源极放大电路的漏极接上负载电阻，使用示波器测量输出端电压和电流。
根据输出电阻的定义，计算输出阻抗。
5. 测量电压放大倍数在共源极放大电路的源极输入正弦波信号，调整信号幅度，使输出信号不失真。
使用示波器测量输入端和输出端的电压峰值，根据电压放大倍数的定义，计算电压放大倍数。
6. 测量频率响应改变输入信号的频率，观察输出信号的幅度变化。
绘制幅频特性曲线，分析共源极放大电路的频率响应。
五、实验结果与分析1. 静态工作点实验测得的静态工作点VDS和VGS与设计要求基本一致，说明共源极放大电路的静态工作点设置正确。
2. 输入阻抗实验测得的输入阻抗与理论计算值基本一致，说明共源极放大电路的输入阻抗符合设计要求。
3. 输出阻抗实验测得的输出阻抗与理论计算值基本一致，说明共源极放大电路的输出阻抗符合设计要求。
第四章_MOSFET及其放大电路
GSQ
)则
TN
i K V V K V V v D
(
)2 2
n
GSQ
TN
(
)
n
GSQ
TN
gs
=IDQ
i K V V v 2 d
(
)
n
GSQ
TN
gs
g 2K V V 令
(
)
m
n
GSQ
TN
则
i g v d
m gs
跨导也可以通过求微分得到:
g i
2K V V m
D
vV
const
GS
GS Q
vGS
VGG
S
•在栅极和衬底之间施加的电压VGB>0，
形成自上而下的电场，该电场随电压的增
N+
大而加强。
G
D
N+ N型沟道
• 在电场的作用下， P区中的多子（空穴） 向衬底下部移动，少子（电子）被吸引到 G极并在sio2表面积累。
P型衬底
B
•若增大VGS ，则电子积累得越多，直到感应的电子能在漏极和源极
之间形成可测电流（即VGS增加到足够大），此时N型导电沟道形成，
U GQ
U AQ
Rg1 Rg1 Rg2
VDD
USQ I DQ Rs
IDQ Kn (UGSQ UTN )2
U DSQ VDD I DQ (Rd Rs )
为什么加Rg3?其数值应大些小些？
二、场效应管工作状态分析
[分析指南] MOSFET电路的直流分析
求VGS，VGS>VTN?
是
否
假设工作在放大区 ID=Kn(VGS-VTN)2
4.4 场效应管放大电路
ri=RG
2、共漏放大电路
G+
基本放大电路
Ugs
- S
RS RL
输出电阻
Uo Io = - gmUgs RS
Ugs= -Uo
Ui
RG gmUgs D
rds
Uo
=Uo(1/Rs+gm)
1 1 Uo = = R s // ro = gm 1/R s + g m Io
电压增益 输入电阻 +
Ugs
Io RS gmUgs +
场效应管的分类
N沟道 沟道 FET 场效应管 JFET 结型 MOSFET (IGFET) 绝缘栅型 P沟道 沟道 N沟道 沟道 增强型 P沟道 沟道 N沟道 沟道 P沟道 沟道 （耗尽型） 耗尽型）
耗尽型
结型场效应三极管的特性曲线
N 沟 道 耗 尽 型 P 沟 道 耗 尽 型
结 型 场 效 应 管
特 点
小 结
为了保证场效应管工作在放大区，电压vGS、vDS的极性和 为了保证场效应管工作在放大区， vDS的大小应如下表所示。 的大小应如下表所示。
小 结
♦按照结构的不同，场效应管分为结型和绝缘栅型两种类型， 按照结构的不同，场效应管分为结型和绝缘栅型两种类型， 结型和绝缘栅型两种类型 MOS管属于绝缘栅型。每一类型均有N沟道和P沟道两种， MOS管属于绝缘栅型。每一类型均有N沟道和P沟同。MOS管又分为 的主要区别在于电压的极性和电流的方向不同。MOS管又分为 增强型和耗尽型两种形式。 增强型和耗尽型两种形式。 两种形式 ♦正确理解场效应管工作原理的关键是掌握电压vGS及vDS对导 的不同作用， 电沟道和电流iD的不同作用，掌握预夹断与夹断这两个状态 的区别和条件。 的区别和条件。转移特性和输出特性曲线描述了vGS、vDS和iD 三者间的关系。与三极管类似，场效应管有截止区( 三者间的关系。与三极管类似，场效应管有截止区(即夹断 区)、恒流区(即放大区)和可变电阻区三个工作区域。在恒流 恒流区(即放大区)和可变电阻区三个工作区域。 控制的电流源。 区，可将iD看成受电压vGS控制的电流源。gm、VP（或VT）、
共源极放大电路动态分析
相当于一个电压控制电流源 rds 相当于受控源的内阻
模拟电子技术
3. 场效应管及其放大电路
3.4.3 共源极放大电路的动态分析
(1) 电路
直流电源接地，大电容短路 微变等效电路
先中间，后两边
+
+
+
+ +
_
•
_
•
模拟电子技术
3. 场效应管及其放大电路
场效应管微变等效电路画法：
ig
g
+
+
ui
-
ugs
3. 场效应管及其放大电路
1）信号的输入和输出
常用的耦合方式 阻容耦合 变压器耦合
直接耦合
+ +
+ +
+
_
•
_
阻容耦合共源极放大电路
模拟电子技术
3. 场效应管及其放大电路
2）场效应管的微变等效电路
ig
场效应管
id
微变等效电路
+
d
+
ugs g FET
uds
–
s
–
id= gm ugs
——场效应管的电压控制作用
与共射电路比较
Ri RB // rbe
•
模拟电子技术
3. 场效应管及其放大电路
c. 求输出电阻 Ro
画出求输出电阻的等效电路
•
•Leabharlann 模拟电子技术3. 场效应管及其放大电路
根据输出电阻的定义：
由图可知
•
Ro RC
与共射电路比较
模拟电子技术
3. 场效应管及其放大电路
总结： 共源极放大电路的动态分析：
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2.共源极放大电路及元件作用
1)两种偏置电路
RD
C1 C1 C1 UDD RG1 RG RD C1 UDD
RG
RS
CS
RL
RG2
RS
CS
RL
自给式偏置电路
2）各元件的作用
分压式偏置电路
RS源极电阻，静态工作点受它控制； CS源极电阻的旁路电容。 RG栅极电阻，用以栅、源极间的直流通道。 RD漏极负载电阻，电压放大倍数与它有关。
4.4 共源极放大电路
4.4.1 基本电路
1.双、单极性放大电路对比
器件名称 对比项目 双极型（三极管） 基极b 单极型（场效应管） 栅极G
对应电极
集电极c
发射极e 共射极 CE 固定偏置 分压式偏置
漏极D
源极S 共源极 CS 自给偏置 分压式偏置
基本放大电路
共基极CB 共集电极CC
共栅极CG 共漏极CD
输出电压： Uo I D R g U gs R D m D
场效应管微变等效电路： 电压放大倍数：
Au Uo
gmuGS
Uo
U i U gs g m RL '
ui
RG1
RG RG2
RD
u0
10 10 1.5 10 10 7.5
交流通路
8
当源极的上部分电阻未被旁路时
RG1 RD
+
+Ucc C3
求：静态值、电压放大倍数
解
由直流偏置电路，
C1
+
RG 2 U GS U DD I D R S R G1 R G 2
ui
RG
RG2
RS
CS
及
VG I D R S
I D I DSS (1 UGS UGS (off ) )2
6
U GS
51 20 10 I D 4 10 I D 200 51
UGS 2 I D 0.9(1 ) 4
联立求解得：
I D 0.5mA, UGS 1V
UDS=UDD-(RD+RS)ID =20-(10+10) ×0.5×103=10V
7
输入电阻： ri RG RG1 // RG 2 RG 2M
ro RD 10K 输出电阻：
2
4.4.2 共源极放大电路分析
1.静态分析
1）自给偏压式 UGS+RSIS = URG 增强型的管子无原始沟 道，IDSS=0,故不能组成自给 偏压式电路。
C1 UGS RG
ISRS
UDD RD I
D
C1
URG
RS
RL CS
只能由耗尽型场效应管 组成。 由于场效应管是电压控制元件，当 UDD和RD选定后， 流经 RG的电流为零，故URG=0 静态工作点是由UGS确定的。 UGS=－RSIS
' ' U i U gs I D R S U gs g m U gs R S ' U gs (1 g m R S ) g muGS
U o I D R 'L g m U gs R 'L
故电压放大倍数：
Au Uo Ui
' 1 gm RS
2
4
2．动态分析 （1）微变等效电路
（2）参数计算
1）放大倍数
U U 0 0 Au U U i GS
+
U i
－
I D
R/G
g mU GS
RD
+ U
0
－
R I U 0 D D gm RDUGS
g U ） （I D m GS
g m RDU GS Au g m RD U GS
栅极偏置电压UGS由场效应管自身的电流产生， 故称自给式偏置。
3
2）分压式偏置电路
RG1
C1 RG
VG
UDD RD
VG
ID
C1
RG上的电流等于零
VG
RG2
UGSISRS RSCSRLUGS VG RS I D
RG 2 VG U DD RG1 RG 2
U GS I S I D I DSS 1 U GS off
g m R 'L
ui
RG1
RG RG2
RL’ RS’
u0
9
源极输出器
+UDD T
+
RG1 C1
+
源极输出器和晶 体管放大电路的 射极输出器具有 相似的特点： 即放大倍数小于 但近于 1 、 输入 电阻高和输出电 阻低。
C2
ui
RG RG2 RS
u0
10
11
12
2）输入电阻ri
3）输出电阻r0
ri RG （RG1 // RG 2）
r0 RD
5
2、分压式偏置电路
已 知 UDD =20V ， RD=10k ， RS=10k ， RG1= 例 200k，RG2=51k，RG=1M ，输出端接有负 载电阻 RL=10k 。所用场效应管为 N 沟道耗尽型， IDSS =0.9mA，UGS(off)=–4V，gm=1.5mA/V。