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12.19 : 晶体管

当金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在其有源区内工作时,它便会起着电压控制电流源的作用。在该区域中,栅极-源极电压控制着漏极电流。这一原理是跨导金属氧化物半导体场效应晶体管放大器工作的基础。输出电流会通过一个负载电阻将该放大器转换为电压放大器。然后,通过从电源电压中减去负载电阻上的电压降来获得输出电压。这一过程会产生一个由电源电压偏移所产生的的反向输出电压。

放大器的电压传输特性图说明了输出漏极电压与输入栅极电压之间的关系。该图对于理解放大器的行为是至关重要的。它突出显示了放大器的有源区,其中曲线的斜率很陡,表示增益是最大的。然而,就漏极电压而言,该区域也是非线性的。

将直流电压偏置施加到栅极-源极结上,以此来实现近乎线性的放大,将金属氧化物半导体场效应晶体管定位在有源区内的静态点(Q 点)。这种偏置能够确保金属氧化物半导体场效应晶体管在其行为近似线性的区域内工作。当一个微小的、随时间变化的信号叠加到这个直流偏置电压上时,它会导致金属氧化物半导体场效应晶体管在 Q 点附近工作。因此,金属氧化物半导体场效应晶体管会在其特性曲线的一个短而近似线性的区段内工作,从而导致输出漏极电压放大。

在实际应用中,这种设置能够使金属氧化物半导体场效应晶体管放大器有效地放大较小的交流信号。放大之所以能够实现是因为较小的输入信号调制了 Q 点附近的栅极电压,从而导致漏极电流成比例变化。这些变化会被转化成负载电阻两端更大的输出电压,从而能够实现放大。

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MOSFETVoltage controlled Current SourceActive RegionDrain CurrentTransconductance AmplifierVoltage AmplifierOutput VoltageLoad ResistorVoltage transfer CharacteristicGainNonlinear BehaviorDC Voltage BiasQuiescent Point Q pointLinear AmplificationAC SignalsAmplified Output Voltage

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