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  • 共源级放大器偏置设计详解
    • 发布时间:2022-11-28 18:00:37
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    共源级放大器偏置设计详解
    共源级放大器的偏置电路设计
    共源级 放大器 偏置电路
    一个合适的偏置电路设计是放大器工作的前提,偏置电路需要使MOSFET工作在饱和区。如图图1,这是一个MOSFET放大器的最基本电路。
    ① 电阻分压偏置电路
    图2是一个最简单常见的偏置电路的设计,对比图1有很多不用,首先栅极没有了偏置直流电源,多了好几个电阻,多了一个电容,这些器件都有什么用呢?
    共源级 放大器 偏置电路
    图1中的供电设计是复杂的,需要两种电源才能使放大器工作,这个是我们不希望的,所以图2中利用电阻的分压电路,使VDD分一部分电压给栅极提供偏置电压,大小为VDD*R2/(R1+R2)。这样整个系统就可以只用一个供电单元来提供电压,简化了设计。所以R1,R2的作用是分压,为MOSFET提供栅极开启电压。
    图2 中的R0为小信号源的内阻,这个内阻在实际电路设计中是必须要考虑的,比如要放大的信号时麦克风信号,那R0就表示麦克风的内阻。图2 中的C0为一个隔直电容,作用是防止前级直流信号对后级偏置电压的影响。只有交流信号能够通过后级电路进行放大。
    但是电容对于MOSFET器件来说是一个非常大的器件,增加一个电容会占用芯片很大一块位置,所以尽量避免使用电容,如图图3有两级放大电路,如果前一级的输出Vx的直流部分正好可以作为后级的直流偏置,则不需要加电容和分压电阻。
    共源级 放大器 偏置电路
    选择合适的R0,R1,RD才能使MOSFET工作在饱和区,使其具有放大作用。下期讲介绍一个实际的例子来说明这些电阻应该如何选取,大概的量级是多少。
    ② 自偏置电路
    图4是一个自偏置电路的设计,此时,通过RF的电流为零,RF两边的电压相等,MOSFET的漏极电压和栅极电压相等,都等于VDD-I_D * R_D。
    共源级 放大器 偏置电路
    自偏置电路的好处是它对MOSFET的截止电压的敏感性弱,因为工艺的公差会导致两片晶圆片的阈值电压不可能完全相等,比如晶圆片A的阈值电压为V_TH,A,晶圆片B的阈值电压为V_TH,B;
    如下图图5,如果用电阻分压方法来提供栅极的偏置电压,则相同的V_GS在两个晶圆片上得到的漏极电流是不同的,这就会导致两片晶圆片做出来的放大器的放大倍数不相同。
    共源级 放大器 偏置电路
    但如果用图4的自偏压电路,V_TH上升会导致I_D下降,I_D下降会导致V_{GS}上升,V_{GS}上升又会导致I_D上升,这个电路有个自反馈的过程在,所以他对V_TH的变化敏感性不高,在一定程度上晶圆片的公差不过过大的影响放大器的性能。
    共源级 放大器 偏置电路
    共源级放大电路的偏置部分就介绍这两种,其他种类的偏置电路大同小异。
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