【题目编号】MC3-1180
【题目】关于场效应晶体管放大器的放大作用,以下说法正确的是:
【答案】ABC(多选题)
[A]共源极形式:栅极电压的微小变化可以引起漏极电压和电流的较大变化
[B]共栅极形式:源极电流的微小变化可以引起漏极电压的较大变化
[C]共漏极形式:栅极电压的微小变化可以引起源极电流的较大变化
[D]无论哪种电路形式,放大器均在输入信号足够大时自动转变为功率放大器
考点速览
这道三选题问的是场效应晶体管放大器的放大作用,三个正确项分别对应共源极、共栅极、共漏极三种组态,各用一句话描述"哪一端的微小变化能引起哪一端较大的变化"。三个正确项讲的是同一件事的三个侧面:输入端控制信号如何经管子的跨导变成输出端的电流或电压变化。剩下那个错项给放大器安了一个不存在的功能,属于概念混淆。读懂三种组态的交流通路,这题就不需要死记。
场效应管的放大靠跨导
场效应晶体管(field-effect transistor,缩写 FET)是电压控制器件,栅源电压控制漏极电流。描写这种控制能力的参数叫跨导(transconductance),记作 gm,单位是西门子,等于漏极电流变化量除以栅源电压变化量。小信号条件下,管子的栅极几乎不取电流,输入电阻极高,放大作用的全部代价都落在"用一点栅压换一段漏流"上。
漏极电流的变化要变成电压变化,必须经过负载。漏极回路里的负载电阻(或谐振回路、变压器)把电流摆幅换算成电压摆幅,这就是电压增益的来源。哪一端在交流上接地、信号从哪一端进、输出从哪一端取,决定了组态的名称,也决定了增益大小、相位与输入输出阻抗。源极交流接地是共源,栅极交流接地是共栅,漏极交流接地是共漏。
三种组态的交流通路
共源极电路信号从栅极进、从漏极取,源极通过旁路电容交流接地。栅源电压的微小变化直接调制漏极电流,变化量再落在漏极负载上,得到与输入反相的较大电压变化。这是场效应管里电压增益最高、用得最多的一种,射频小信号放大、中频放大、混频后级常见它的身影,代价是输入电容与米勒效应让高频响应变差。
共栅极电路信号改从源极进,栅极交流接地,输出仍从漏极取。信号以电流的形式从源极灌进管子,漏极电流几乎原样流到输出端,再经负载变成电压变化。输入阻抗只有跨导的倒数,也就是几十欧到几百欧,特别适合与五十欧姆系统对接;因为栅极接地,米勒效应被切断,共栅级在高频段稳定好用,常与共源级串成共源共栅结构来提高隔离与带宽。
共漏极电路又名源极跟随器,信号从栅极进、从源极取,漏极交流接地。源极接负载电阻,栅压一动,漏极电流跟着变,源极电压随之上抬下压,输出电压几乎原封不动地跟着输入走,电压增益接近但略小于一。它的本事在别处:输入阻抗极高、输出阻抗很低,电流摆幅却被放大,做缓冲级、阻抗变换级最合适,天线前级与输出级都能见到。
逐项辨析
选项 A 正确。共源极的输入端是栅极,输出端是漏极,栅源电压的微小变化经跨导放大成漏极电流变化,再在漏极负载上形成较大的漏极电压变化,这正是共源级的放大过程。
选项 B 正确。共栅极的输入端是源极,输出端是漏极,源极电流的微小变化几乎原样传到漏极,在漏极负载上产生较大的电压变化。共栅级的电流增益接近一,电压增益却不小,这是它的特点。
选项 C 正确。共漏极的输入端是栅极,输出端是源极,栅源电压的微小变化引起漏极电流的较大变化,而漏极电流与源极电流基本相等,于是源极电阻上得到较大的电流与电压变化,源极跟随器的电流放大能力正是来自这里。
选项 D 错误。放大器的组态与用途由电路结构与静态工作点决定,不会因为输入信号变大就"自动"变成功率放大器。信号过大只会把管子推进非线性区,出现削波与失真,输出功率确实上去了,但那是以波形失真为代价的过载,不是功能升级。功率放大器是按输出功率、效率与散热设计的专门电路,与输入幅度的大小无关。顺带说一句,任何放大器在输出端都同时给出电压摆幅与电流摆幅,也就同时在放大功率,"电压放大器"与"功率放大器"的分野在于设计目标与工作状态,不在有没有功率输出。
三种组态怎么选
共源级负责电压增益,适合放在接收链路的前中段把微弱信号抬起来;共漏级负责阻抗变换,适合放在需要高输入阻抗或低输出阻抗的位置,比如天线与混频器之间、输出端与负载之间;共栅级负责与低阻系统对接并抑制高频反馈,适合放在高频段或者与共源级组成共源共栅。三种组态串起来,就是一台收信机从天线到中频的典型骨架。
应试要点
抓住三句话:共源是栅压控漏流、反相、增益最高;共栅是源极电流进、漏极电压出、输入阻抗低;共漏是栅压控源流、输出跟输入走、增益接近一但电流放大。所有组态的放大都来自跨导,没有跨导就没有放大,这一点与组态无关。