共源極JFET放大器使用結(jié)型場效應(yīng)晶體管作為其主要有源器件，提供高輸入阻抗特性

晶體管放大器電路如共射極放大器采用雙極晶體管制造，但信號很小放大器也可以使用場效應(yīng)晶體管制作。與具有極高輸入阻抗和低噪聲輸出的雙極晶體管相比，這些器件具有優(yōu)勢，因此非常適合用于輸入信號非常小的放大器電路。

基于放大器電路的設(shè)計在結(jié)型場效應(yīng)晶體管或“JFET”周圍，（本教程的N溝道FET）或甚至金屬氧化物硅FET或“MOSFET”的原理與用于A類放大器電路的雙極晶體管電路的原理完全相同我們在前面的教程中看過。

首先，需要找到一個合適的靜態(tài)點(diǎn)或“Q點(diǎn)”，用于JFET放大器電路的正確偏置，采用共源單放大器配置（CS ），共漏極（CD）或源極跟隨器（SF）和大多數(shù)FET器件可用的共柵極（CG）。

這三種JFET放大器配置對應(yīng)于共發(fā)射極，發(fā)射極 - 跟隨者和使用雙極transisto的共基配置RS。在本篇關(guān)于FET放大器的教程中，我們將看一下流行的共源JFET放大器，因?yàn)檫@是最廣泛使用的JFET放大器設(shè)計。

考慮下面的共源JFET放大器電路配置。

公共源極JFET放大器

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放大器電路由N通道組成JFET，但該器件也可以是等效的N溝道耗盡型MOSFET，因?yàn)殡娐穲D只是FET的變化，連接在一個公共源配置中。 JFET柵極電壓 Vg 通過電阻器 R1 和 R2 設(shè)置的分壓器網(wǎng)絡(luò)偏置，并被偏置為在其飽和區(qū)域內(nèi)工作。等效于雙極結(jié)晶體管的有源區(qū)。

與雙極晶體管電路不同，結(jié)FET幾乎不需要輸入柵極電流，允許將柵極視為開路。然后不需要輸入特性曲線。我們可以將JFET與下表中的雙極結(jié)型晶體管（BJT）進(jìn)行比較。

JFET與BJT的比較

由于N溝道JFET是耗盡型器件并且通常是“接通”，需要相對于源極的負(fù)柵極電壓來調(diào)制或控制漏極電流。只要穩(wěn)定電流流過JFET，即使沒有輸入信號且 Vg 保持反向，也可以通過偏置單獨(dú)的電源電壓或自偏置裝置提供此負(fù)電壓。柵極 - 源極pn結(jié)的偏置。

在我們的簡單示例中，偏置由分壓器網(wǎng)絡(luò)提供，允許輸入信號在柵極處產(chǎn)生電壓下降以及在柵極處產(chǎn)生電壓上升帶有正弦信號。正確比例的任何合適的電阻值對都會產(chǎn)生正確的偏置電壓，因此直流柵極偏置電壓 Vg 給出如下：

請注意，此公式僅確定電阻 R1 和 R2 <的比率/ span>，但為了利用JFET的極高輸入阻抗以及降低電路內(nèi)的功耗，我們需要使這些電阻值盡可能高，其值大約為1MΩ至共用10MΩ。

公共源JFET放大器的輸入信號（ Vin ）施加在柵極端子和零電壓軌之間（0v）。在施加恒定值的柵極電壓 Vg 的情況下，JFET在其“歐姆區(qū)域”內(nèi)工作，其作用類似于線性電阻器件。漏極電路包含負(fù)載電阻 Rd 。輸出電壓 Vout 是在此負(fù)載電阻上產(chǎn)生的。

通過增加一個電阻 Rs

可以提高公共源JFET放大器的效率span>包含在源極引線中，漏極電流流過該電阻。電阻， Rs 也用于將JFET放大器設(shè)置為“Q點(diǎn)”。

當(dāng)JFET完全“接通”時，電壓降等于 Rs * Id 在該電阻上產(chǎn)生，將源極端子的電位提高到0v或地電平以上。由漏極電流引起的跨越 Rs 的電壓降在柵極電阻上提供必要的反向偏置條件， R2 有效地產(chǎn)生負(fù)反饋。

所以在為了保持柵 - 源結(jié)反向偏置，源電壓 Vs 需要高于柵極電壓 Vg 。因此，該源電壓如下：

然后是漏極電流， Id 也等于源電流，是為“無電流”進(jìn)入門終端，這可以給出：

與固定電壓偏置電路相比，該分壓器偏置電路在從單個DC電源饋電時提高了公共源極JFET放大器電路的穩(wěn)定性。電阻器 Rs 和源旁路電容器 Cs 基本上與共發(fā)射極雙極晶體管放大器電路中的發(fā)射極電阻器和電容器起相同的作用，即提供良好的穩(wěn)定性并防止電壓增益損失的減少。然而，為穩(wěn)定的靜態(tài)柵極電壓支付的價格是更多的電源電壓在 Rs 上下降。

源旁路電容的法拉值是通常相當(dāng)高于100uF并且將被極化。這使得電容器的阻抗值小得多，小于跨導(dǎo)的10％， gm （表示增益的傳遞系數(shù)）值。在高頻時，旁路電容基本上起到短路作用，并且源極有效地直接接地。

共源極JFET放大器的基本電路和特性與共射極放大器的基本電路和特性非常相似。通過連接與漏極電流 Id 和電源電壓 Vdd 相關(guān)的兩個點(diǎn)來構(gòu)建直流負(fù)載線，記住當(dāng) Id = 0 :( Vdd = Vds ），當(dāng) Vds = 0 :( Id = Vdd / R L ）。因此，負(fù)載線是Q點(diǎn)處曲線的交點(diǎn)，如下所示。

公共源極JFET放大器特性曲線

與共射極雙極性電路一樣，公共源極JFET放大器的直流負(fù)載線產(chǎn)生一個直線方程，其梯度如下： -1 /（Rd + Rs） 并且它在 A 點(diǎn)等于 Vdd /（Rd + Rs）時穿過垂直 Id 軸。負(fù)載線的另一端在點(diǎn) B 處與水平軸交叉，該點(diǎn)等于電源電壓 Vdd 。

實(shí)際位置直流負(fù)載線上的Q點(diǎn)通常位于負(fù)載線的中間中心點(diǎn)（對于A類操作），并由 Vg 的平均值決定，該值作為JFET負(fù)向偏置是一種耗盡型器件。與雙極共發(fā)射極放大器一樣，共源極JFET放大器的輸出與輸入信號的相位差為180 o 。

其中一個主要使用耗盡型JFET的缺點(diǎn)是它們需要被負(fù)偏置。如果這種偏置因任何原因失效，柵極 - 源極電壓可能上升并變?yōu)檎担瑢?dǎo)致漏極電流增加，導(dǎo)致漏極電壓失效， Vd 。

也高結(jié)FET的溝道電阻， Rds（on），加上高靜態(tài)穩(wěn)態(tài)漏極電流使這些器件運(yùn)行熱，因此需要額外的散熱器。然而，使用增強(qiáng)型MOSFET器件可以大大減少與使用JFET相關(guān)的大多數(shù)問題。

與等效JFET相比，MOSFET或金屬氧化物半導(dǎo)體FET具有更高的輸入阻抗和更低的溝道電阻。 MOSFET的偏置布置也是不同的，除非我們對N溝道器件進(jìn)行正向偏置，對P溝道器件負(fù)向偏置，否則沒有漏極電流流動，那么我們實(shí)際上就是故障安全晶體管。

JFET放大器電流和功率增益

我們之前說過，由于極高的柵極阻抗， Rg <，公共源極JFET放大器的輸入電流 Ig 非常小/跨度>。因此，共源極JFET放大器的輸入和輸出阻抗之間具有非常好的比率，對于任何數(shù)量的輸出電流，JFET放大器將具有非常高的電流增益 I OUT Ai 。

由于這種常見的源極，JFET放大器作為阻抗匹配電路非常有用，或者用作電壓放大器。同樣，因?yàn)椋汗β?電壓x電流，（P = V * I）和輸出電壓通常為幾毫伏甚至伏特，功率增益 Ap 也非常高。

在下一個教程中，我們將研究晶體管放大器的錯誤偏置如何導(dǎo)致輸出信號的失真，其形式是由于削波引起的幅度失真以及相位和頻率失真的影響。