【導讀】共源極放大器是三種基本單級放大器拓撲之一。MOS共源極放大器一般用作反相電壓放大器。晶體管的柵極端為輸入，漏極端為輸出，而源極為輸入和輸出共用（可連接至參考地端或電源軌），所謂共用即由此而來。
目標
本活動的目的是研究MOS晶體管的共源極配置。
背景知識
共源極放大器是三種基本單級放大器拓撲之一。MOS共源極放大器一般用作反相電壓放大器。晶體管的柵極端為輸入，漏極端為輸出，而源極為輸入和輸出共用（可連接至參考地端或電源軌），所謂共用即由此而來。
材料
● ADALM2000主動學習模塊
● 無焊面包板
● 五個電阻
● 一個50 kΩ可變電阻、電位計
● 一個小信號NMOS晶體管(ZVN2110A)
指導
圖1所示配置展現了用作共源極放大器的NMOS晶體管。選擇適當的輸出負載電阻RL，用于產生合適的標稱漏極電流ID，VDS的電壓約為正電源電壓(+5 V)和負電源電壓VN(–5 V)的中間值。通過可調電阻RPOT來設置晶體管(VGS) 的標稱偏置工作點，進而設置所需的IC。選擇適當的分壓器R1/R2，以便通過波形發生器W1提供足夠大的輸入激勵衰減，使W1的幅度與 VDS上的信號幅度大致相同。考慮到在晶體管VGS的柵極上會出現非常小的信號，這樣做更容易查看波形發生器W1信號。衰減的W1信號通過4.7 uF C1交流耦合到晶體管柵極，以免干擾直流偏置條件。
圖1.共源極放大器測試配置。
硬件設置
波形發生器W1配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度為3 V，偏移為0 V。并將其連接在示波器通道1+上，以顯示發生器輸出的信號W1。示波器通道2 (2+)用于交替測量M1柵極和漏極的波形。
圖2.NMOS二極管面包板電路。
程序步驟
打開連接到MOS晶體管漏極(VP = +5 V)和源極(VN = –5 V)的電源。
配置示波器以捕獲多個周期的輸入信號（橙色跡線）和輸出信號（紫色跡線）
產生的波形如圖3所示。
圖3.共源極放大器測試電路的波形圖。
共源極放大器的電壓增益A可以表示為負載電阻RL與小信號源極電阻rs的比值。晶體管的跨導gm是漏極電流ID和所謂的柵極過驅動電壓VGS-Vth的函數，其中Vth是閾值電壓。
小信號源極電阻為1/gm且可視為與源極串聯。現在，在柵極上施加電壓信號，相同的電流會流入rs和漏極負載RL。因此，RL × gm可得到增益A。
添加源極負反饋
共源極放大器為放大器提供反相輸出，具有極高增益，而且各晶體管之間的差異很大。增益與溫度和偏置電流密切相關，所以實際增益有時無法預測。由于可能存在意外的正反饋，因此穩定性是與此類高增益電路相關的另一個問題。此外小信號限值帶來的低輸入動態范圍也是一個問題；如果超過此限值，就會出現嚴重失真，晶體管也不會像其小信號模型那樣工作。如果添加負反饋，就會減少此類問題，從而提高性能。在這種簡單的放大器級中添加反饋有多種方法，最簡單也最可靠的方式是在源電路(RS)中添加一個小值電阻。這也稱為串聯反饋。反饋量取決于通過該電阻兩端的相對信號壓降。
源極負反饋增益方程：
附加材料
一個5 kΩ可變電阻、電位計
指導
斷開M1源極接地連接，并插入RS, a 5 kΩ（5 kΩ電位計），如圖4所示。調整RS，同時注意觀察晶體管漏極上的輸出信號。電路增益可通過修改RS 電位計的值來調整。
圖4.添加源極負反饋。
硬件設置
波形發生器W1配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度為3 V，偏移為0 V。并將其連接在示波器通道1+上，以顯示發生器輸出的信號W1。示波器通道2 (2+)用于交替測量M1柵極和漏極的波形。
圖5.添加了源極負反饋的面包板連接。
程序步驟
打開連接到漏極的電源(VP = 5 V)。
配置示波器以捕獲多個周期的輸入信號（橙色跡線）和輸出信號（紫色跡線）。
產生的波形如圖6所示。
圖6.添加了源極負反饋的波形圖。
提高源極負反饋放大器的交流增益
添加源極負反饋電阻提高了直流工作點的穩定性，但降低了放大器增益?？赏ㄟ^在負反饋電阻RS上并聯電容C2，在一定程度上恢復交流信號的較高增益，如圖7所示。
圖7.添加C2以增加交流增益。
硬件設置
波形發生器W1配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度為3 V，偏移為0 V。并將其連接示波器通道1+上，以顯示發生器輸出的信號W1。示波器通道2 (2+)用于交替測量M1柵極和漏極的波形。
圖8.添加了C2的面包板連接。
程序步驟
打開連接到漏極的電源(VP = 5 V)。
配置示波器以捕獲多個周期的輸入信號（橙色跡線）和輸出信號（紫色跡線）。
產生的波形如圖9所示。
圖9.添加了C2的波形圖。
問題
● 添加負反饋如何有助于穩定直流工作點？
● 對于源極負反饋電路設置，增加RS對電壓增益A有何影響？
推薦閱讀：
