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12.20 : 晶体管

在小信号分析中,金属氧化物半导体场效应晶体管放大器在其饱和区工作时就像一个线性放大器。金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极-源极电压(V_GS)是直流偏置电压和较小的时变输入信号之和。这一组合设定了工作点并调节了从漏极流向源极的漏极电流(I_D)。当在栅极上的直流偏置电压上叠加一个小的交流信号时,瞬时漏极电流则会由三部分组成:

· 直流偏置电流(I_D0)是未施加信号时的静态电流。

· 出于放大目的,需要考虑随输入信号线性变化的分量。

· 非线性分量是输入信号平方的函数,从而会导致放大输出失真。

对于小信号来说,当 V_GS 的交流分量的幅度足够小时,漏极电流的非线性分量(包括与输入信号的平方成比例的项)将会变得可以忽略不计。通过忽略这些非线性项,金属氧化物半导体场效应晶体管的行为可以线性近似,从而大大地简化了分析。

金属氧化物半导体场效应晶体管的跨导 (g_m) 表示了漏极电流响应 V_GS 变化的变化率,在偏置点的评估值可以定义为:

Equation 1

其中 V_GS0 为直流偏置电压。

在线性工作区,小信号输出电流(i_d)可以由以下公式计算得出:

Equation 2

其中 v_gs 是 V_GS 的小信号分量,放大器的电压增益 (A_v) 由以下公式计算得出:

Equation 3

其中 R_L 是连接到漏极的负载电阻,电压增益方程中的负号表示了输出信号相对于输入信号是反相的。

Tags

Small signal AnalysisMOSFET AmplifierSaturation RegionGate to source VoltageDC Biasing VoltageDrain CurrentAC SignalNonlinear ComponentTransconductanceVoltage GainLoad ResistanceAmplified OutputLinear Approximation

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