共源JFET放大器电流和功率增益及比较曲线

共源极JFET放大器使用结型场效应晶体管作为其主要有源器件，提供高输入阻抗特性

晶体管放大器电路如共射极放大器采用双极晶体管制造，但信号很小放大器也可以使用场效应晶体管制作。与具有极高输入阻抗和低噪声输出的双极晶体管相比，这些器件具有优势，因此非常适合用于输入信号非常小的放大器电路。

基于放大器电路的设计在结型场效应晶体管或“JFET”周围，（本教程的N沟道FET）或甚至金属氧化物硅FET或“MOSFET”的原理与用于A类放大器电路的双极晶体管电路的原理完全相同我们在前面的教程中看过。

首先，需要找到一个合适的静态点或“Q点”，用于JFET放大器电路的正确偏置，采用共源单放大器配置（CS ），共漏极（CD）或源极跟随器（SF）和大多数FET器件可用的共栅极（CG）。

这三种JFET放大器配置对应于共发射极，发射极 - 跟随者和使用双极transisto的共基配置RS。在本篇关于FET放大器的教程中，我们将看一下流行的共源JFET放大器，因为这是最广泛使用的JFET放大器设计。

考虑下面的共源JFET放大器电路配置。

公共源极JFET放大器

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放大器电路由N通道组成JFET，但该器件也可以是等效的N沟道耗尽型MOSFET，因为电路图只是FET的变化，连接在一个公共源配置中。 JFET栅极电压 Vg 通过电阻器 R1 和 R2 设置的分压器网络偏置，并被偏置为在其饱和区域内工作。等效于双极结晶体管的有源区。

与双极晶体管电路不同，结FET几乎不需要输入栅极电流，允许将栅极视为开路。然后不需要输入特性曲线。我们可以将JFET与下表中的双极结型晶体管（BJT）进行比较。

JFET与BJT的比较

由于N沟道JFET是耗尽型器件并且通常是“接通”，需要相对于源极的负栅极电压来调制或控制漏极电流。只要稳定电流流过JFET，即使没有输入信号且 Vg 保持反向，也可以通过偏置单独的电源电压或自偏置装置提供此负电压。栅极 - 源极pn结的偏置。

在我们的简单示例中，偏置由分压器网络提供，允许输入信号在栅极处产生电压下降以及在栅极处产生电压上升带有正弦信号。正确比例的任何合适的电阻值对都会产生正确的偏置电压，因此直流栅极偏置电压 Vg 给出如下：

请注意，此公式仅确定电阻 R1 和 R2 <的比率/ span>，但为了利用JFET的极高输入阻抗以及降低电路内的功耗，我们需要使这些电阻值尽可能高，其值大约为1MΩ至共用10MΩ。

公共源JFET放大器的输入信号（ Vin ）施加在栅极端子和零电压轨之间（0v）。在施加恒定值的栅极电压 Vg 的情况下，JFET在其“欧姆区域”内工作，其作用类似于线性电阻器件。漏极电路包含负载电阻 Rd 。输出电压 Vout 是在此负载电阻上产生的。

通过增加一个电阻 Rs

可以提高公共源JFET放大器的效率span>包含在源极引线中，漏极电流流过该电阻。电阻， Rs 也用于将JFET放大器设置为“Q点”。

当JFET完全“接通”时，电压降等于 Rs * Id 在该电阻上产生，将源极端子的电位提高到0v或地电平以上。由漏极电流引起的跨越 Rs 的电压降在栅极电阻上提供必要的反向偏置条件， R2 有效地产生负反馈。

所以在为了保持栅 - 源结反向偏置，源电压 Vs 需要高于栅极电压 Vg 。因此，该源电压如下：

然后是漏极电流， Id 也等于源电流，是为“无电流”进入门终端，这可以给出：

与固定电压偏置电路相比，该分压器偏置电路在从单个DC电源馈电时提高了公共源极JFET放大器电路的稳定性。电阻器 Rs 和源旁路电容器 Cs 基本上与共发射极双极晶体管放大器电路中的发射极电阻器和电容器起相同的作用，即提供良好的稳定性并防止电压增益损失的减少。然而，为稳定的静态栅极电压支付的价格是更多的电源电压在 Rs 上下降。

源旁路电容的法拉值是通常相当高于100uF并且将被极化。这使得电容器的阻抗值小得多，小于跨导的10％， gm （表示增益的传递系数）值。在高频时，旁路电容基本上起到短路作用，并且源极有效地直接接地。

共源极JFET放大器的基本电路和特性与共射极放大器的基本电路和特性非常相似。通过连接与漏极电流 Id 和电源电压 Vdd 相关的两个点来构建直流负载线，记住当 Id = 0 :( Vdd = Vds ），当 Vds = 0 :( Id = Vdd / R L ）。因此，负载线是Q点处曲线的交点，如下所示。

公共源极JFET放大器特性曲线

与共射极双极性电路一样，公共源极JFET放大器的直流负载线产生一个直线方程，其梯度如下： -1 /（Rd + Rs） 并且它在 A 点等于 Vdd /（Rd + Rs）时穿过垂直 Id 轴。负载线的另一端在点 B 处与水平轴交叉，该点等于电源电压 Vdd 。

实际位置直流负载线上的Q点通常位于负载线的中间中心点（对于A类操作），并由 Vg 的平均值决定，该值作为JFET负向偏置是一种耗尽型器件。与双极共发射极放大器一样，共源极JFET放大器的输出与输入信号的相位差为180 o 。

其中一个主要使用耗尽型JFET的缺点是它们需要被负偏置。如果这种偏置因任何原因失效，栅极 - 源极电压可能上升并变为正值，导致漏极电流增加，导致漏极电压失效， Vd 。

也高结FET的沟道电阻， Rds（on），加上高静态稳态漏极电流使这些器件运行热，因此需要额外的散热器。然而，使用增强型MOSFET器件可以大大减少与使用JFET相关的大多数问题。

与等效JFET相比，MOSFET或金属氧化物半导体FET具有更高的输入阻抗和更低的沟道电阻。 MOSFET的偏置布置也是不同的，除非我们对N沟道器件进行正向偏置，对P沟道器件负向偏置，否则没有漏极电流流动，那么我们实际上就是故障安全晶体管。

JFET放大器电流和功率增益

我们之前说过，由于极高的栅极阻抗， Rg <，公共源极JFET放大器的输入电流 Ig 非常小/跨度>。因此，共源极JFET放大器的输入和输出阻抗之间具有非常好的比率，对于任何数量的输出电流，JFET放大器将具有非常高的电流增益 I OUT Ai 。

由于这种常见的源极，JFET放大器作为阻抗匹配电路非常有用，或者用作电压放大器。同样，因为：功率=电压x电流，（P = V * I）和输出电压通常为几毫伏甚至伏特，功率增益 Ap 也非常高。

在下一个教程中，我们将研究晶体管放大器的错误偏置如何导致输出信号的失真，其形式是由于削波引起的幅度失真以及相位和频率失真的影响。