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共源JFET放大器分析

發布時間：2020-05-28 責任編輯：lina

【導讀】共源JFET放大器使用結型場效應晶體管作為其主要有源器件，提供高輸入阻抗特性。晶體管放大器電路（例如共射極放大器）是使用雙極晶體管製造的，但是小信號放大器也可以使用場效應晶體管製造。

共源JFET放大器使用結型場效應晶體管作為其主要有源器件，提供高輸入阻抗特性。晶體管放大器電路（例如共射極放大器）shishiyongshuangjijingtiguanzhizaode，danshixiaoxinhaofangdaqiyekeyishiyongchangxiaoyingjingtiguanzhizao。yushuangjixingjingtiguanxiangbi，zhexieqijianjuyoushuruzukangjigaoqiezaoshengshuchudideyoudian，yincifeichangshiheyongyushuruxinhaofeichangxiaodefangdaqidianlu。

基於結型場效應晶體管或“ JFET”（本教程中為N溝道FET）甚至金屬氧化物矽FET或“ MOSFET”為基礎的放大電路的設計與雙極晶體管電路的原理完全相同用於上一教程中介紹的A類放大器電路。

首先，需要找到合適的靜態點或“ Q點”，以利用共源（CS），共漏（CD）或源跟隨器（SF）的單個放大器配置對JFET放大器電路進行正確偏置和通用柵極（CG）適用於大多數FET器件。

這三種JFET放大器配置與使用雙極型晶體管的共射極，射極跟隨器和共基極配置相對應。在此有關FET放大器的教程中，我們將介紹流行的Common Source JFET放大器，因為這是使用最廣泛的JFET放大器設計。

考慮下麵的公共源JFET放大器電路配置。

共源JFET放大器分析

共源JFET放大器

放大器電路由一個N溝道JFET組成，但是該器件也可以是一個等效的N溝道耗盡型MOSFET，因為電路圖隻是一個FET的變化而以相同的方式連接在一起，並以公共電源配置連接。JFET柵極電壓Vg通過由電阻器R1和R2設置的分壓器網絡偏置，並且偏置為在其飽和區內工作，該飽和區相當於雙極型結型晶體管的有源區。

與雙極型晶體管電路不同，結型FET幾乎不需要輸入柵極電流，因此可以將柵極視為開路。這樣就不需要輸入特性曲線。我們可以在下表中將JFET與雙極結型晶體管（BJT）進行比較。

JFET與BJT的比較

共源JFET放大器分析

由於N溝道JFET是一種耗盡模式器件，通常為“ ON”，因此需要相對於源極的負柵極電壓來調製或控製漏極電流。隻要不存在輸入信號並且Vg保持柵極-源極pn的反向偏置，隻要穩定電流流過JFET，就可以通過從單獨的電源電壓偏置或通過自偏置裝置來提供該負電壓。交界處。

在zai我wo們men的de簡jian單dan示shi例li中zhong，通tong過guo分fen壓ya器qi網wang絡luo提ti供gong偏pian置zhi，允yun許xu輸shu入ru信xin號hao在zai柵zha極ji產chan生sheng電dian壓ya下xia降jiang以yi及ji在zai柵zha極ji產chan生sheng正zheng弦xian信xin號hao的de電dian壓ya上shang升sheng。正zheng確que比bi例li的de任ren何he合he適shi的de電dian阻zu值zhi對dui都dou會hui產chan生sheng正zheng確que的de偏pian置zhi電dian壓ya，因yin此ci直zhi流liu柵zha極ji偏pian置zhi電dian壓yaVg表示為：

共源JFET放大器分析

請注意，該方程式僅確定電阻器R1和R2的比率，但是為了利用JFET的非常高的輸入阻抗並減少電路內的功耗，我們需要將這些電阻器值設為高盡可能以1MΩ至10MΩ的數量級為準。

共源JFET放大器的輸入信號（Vin）施加在柵極端子和零伏電壓軌（0v）之間。在施加恒定的柵極電壓Vg的情況下，JFET像線性電阻器件一樣在其“歐姆區域”內工作。漏極電路包含負載電阻Rd。在該負載電阻兩端產生輸出電壓Vout。

可以通過添加一個電阻器來提高公共源極JFET放大器的效率，電阻器Rs包括在源極引線中，並且流過該電阻器的漏極電流相同。電阻Rs也用於將JFET放大器設置為“ Q點”。

當JFET完全“接通”時，該電阻兩端將產生等於Rs * Id的壓降，從而使源極端的電勢高於0v或接地電平。由於漏極電流而導致的Rs兩端的電壓降為柵極電阻R2兩端提供了必要的反向偏置條件，從而有效地產生了負反饋。

因此，為了保持柵極-源極結的反向偏置，源極電壓Vs需要高於柵極電壓Vg。因此，該電源電壓為：

共源JFET放大器分析

然後漏極電流，編號也等於源電流，是為“否當前”進入柵極端子，這可以被給定為：

共源JFET放大器分析

與固定電壓偏置電路相比，該分壓器偏置電路在從單個直流電源供電時提高了共源JFET放大器電路的穩定性。電阻器Rs和源極旁路電容器Cs的de功gong能neng基ji本ben上shang與yu公gong共gong發fa射she極ji雙shuang極ji晶jing體ti管guan放fang大da器qi電dian路lu中zhong的de發fa射she極ji電dian阻zu器qi和he電dian容rong器qi相xiang同tong，即ji，提ti供gong良liang好hao的de穩wen定ding性xing並bing防fang止zhi電dian壓ya增zeng益yi損sun失shi的de減jian小xiao。然ran而er，為wei穩wen定ding的de靜jing態tai柵zha極ji電dian壓ya付fu出chu的de代dai價jia是shi，更geng多duo的de電dian源yuan電dian壓ya在zaiRs兩端下降。

源旁路電容器的法拉值通常很高，高於100uF，並且會極化。這使電容器的阻抗值小得多，小於器件的跨導gm（代表增益的傳輸係數）值的10％。在高頻下，旁路電容器基本上起短路作用，並且電源將有效地直接接地。

共源JFET放大器的基本電路和特性與共發射極放大器的非常相似。直流負載線是通過將與漏極電流Id和電源電壓Vdd有關的兩點結合而構成的，記住當Id = 0時：（Vdd = Vds）；當Vds = 0時：（Id = Vdd / R L）。因此，負載線是曲線在Q點處的交點，如下所示。

共源JFET放大器特性曲線

共源JFET放大器分析

與共射極雙極電路一樣，共射極JFET放大器的DC負載線會產生一條直線方程，其斜率表示為：-1 /（Rd + Rs），並且它在等於A的點處穿過垂直Id軸等於Vdd /（Rd + Rs）。負載線的另一端在等於電源電壓Vdd的點B與水平軸交叉。

直流負載線上Q點的實際位置通常位於負載線的中間中心點（用於A類操作），並由Vg的平均值確定，因為JFET是耗盡模式設備。像雙極共射極放大器一樣，共源JFET放大器的輸出與輸入信號異相180 o。

使用耗盡型JFET的主要缺點之一是它們需要負偏置。如果該偏壓由於任何原因而失效，則柵極-源極電壓可能會上升並變為正，從而導致漏極電流增加，從而導致漏極電壓Vd失效。

此外，結型FET 的高溝道電阻Rds（on）加上高靜態穩態漏極電流也使這些器件發熱，因此需要額外的散熱器。但是，通過改用增強型MOSFET器件可以大大減少與使用JFET相關的大多數問題。

與等效的JFET相比，MOSFET或金屬氧化物半導體FET具有更高的輸入阻抗和較低的溝道電阻。MOSFET的偏置方式也有所不同，除非我們對N溝道器件施加正偏置，而對P溝道器件施加負偏置，則不會流過漏極電流，那麼實際上就是故障保護晶體管。

JFET放大器電流和功率增益

前麵我們曾說過，由於極高的柵極阻抗Rg，共源JFET放大器的輸入電流Ig非常小。因此，共源JFET放大器的輸入和輸出阻抗之間具有非常好的比率，並且對於任何數量的輸出電流，JFET放大器的I OUT都將具有非常高的電流增益Ai。

由於這種公共源，JFET放大器作為阻抗匹配電路或用作電壓放大器非常有價值。同樣，由於：功率=電壓x電流（P = V * I），輸出電壓通常為幾毫伏甚至幾伏，因此功率增益Ap也很高。

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