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场效应管放大电路和三极管放大电路类似，其分析的思想也一样
回忆：场效应管的工作原理概述
场效应管也是一种有源元件，工作时通过控制栅极电压来改变漏极电流，从而实现信号的放大。根据场效应管工作的不同模式，主要适用于放大的区域是增强型（或耗尽型）MOS管的线性区和JFET的放大区
在增强型N沟道MOS管为例：
- 输入信号：栅极输入的输入信号$u_{gs}$产生变化，它控制沟道的开启程度
- 输出信号：漏极输出电流$i_D$发生变化，通过负载电阻$R_D$转换为对应的输出电压$u_{out}$，从而完成信号放大
场效应管放大电路的基本结构
场效应管的基本放大电路有三种：共源放大电路、共栅放大电路、共漏放大电路（源极跟随器）。其中，共源放大电路最常见，因此以下主要讲解共源放大电路的构成和工作原理
共源放大电路的基本构成及原理
1 基本共源放大电路
- 主要组成部分：
- $V_{GG}$：输入直流偏置——通过设置$V_{GS}$来确保场效应管工作在放大区
- $u_{I}$：输入信号源——为交流信号
- $R_g$：栅极电阻——用于限流（避免输入电流过大）
- $R_d$：漏极负载电阻——将漏极电流信号$i_D$转换为电压信号
- $+V_{DD}$：电源电压——为漏极电流提供能量来源
- 工作原理：
- 在直流偏置$V_{GG}$的作用下，场效应管工作在恒流区(放大区)
- 输入交流信号$u_{I}$通过叠加到$V_{GS}$上，形成栅源电压增量$\Delta u_{gs}$，其变化控制漏极电流增量$\Delta i_{D}$
- 漏极电流的变化经过$R_d$，根据电压分压原理形成输出电压$\Delta u_{out}$，实现信号放大
2 共源放大电路的特点
- 电压放大特性强：共源放大电路具有高电压放大倍数
- 输入阻抗高：输入端由场效应管的栅极构成，相当于开路，因此输入阻抗较大
- 输出阻抗中等：输出端特性主要由漏极电阻决定
放大电路的性能指标
放大电路的性能指标与三极管类似，这里总结适用于场效应管的几个关键点
1 放大倍数
- 电压放大倍数$\dot{A}_{uu}$：输出电压与输入电压之比
$$A_v=\frac{u_{out}}{u_{in}}=−g_{m}R_{D}A_{v}=u_{in}u_{out}=−g_{m}R_{D}$$
其中，$g_m$ 是场效应管的跨导，表示漏极电流相对于栅源电压的变化率：
$$g_m=\frac{\partial i_{D}}{\partial u_{GS}}=\frac{\Delta i_{D}}{\Delta u_{GS}}$$ - 电流放大倍数$\dot{A}_{ii}$：场效应管本身是电压控制型器件，通常意义上的电流增益意义不大
2 输入/输出阻抗
- 输入阻抗$R_{in}$：
场效应管的栅极基本相当于开路，因此输入阻抗极高（只有外接$R_G$起作用）： - 输出阻抗$R_{out}$：
输出阻抗主要由漏极负载电阻决定：
3 通频带（频率特性）
场效应管放大电路的通频带特性与三极管类似：低频时会受到耦合电容的影响，高频时会受到栅漏结电容$C_{gs}$与$C_{gd}$的影响，最终表现为通频带的限制
4 非线性失真
非线性失真主要来源于：
- 场效应管工作在非线性区
- 输入信号幅度过大导致信号畸变
放大电路的分析方法
与三极管分析方法类似，场效应管放大电路仍采用静态分析与动态分析结合的方式：
- 直流通路分析：将交流信号置零，用于确定工作点（$V_{GS}$,$I_D$）
- 交流通路分析：将直流电源短路，得到微小信号等效电路进行信号分析
1 微变等效电路（小信号模型）
对场效应管放大电路进行动态分析时，通常使用微变等效电路，但与三极管的比较，它没有等效电阻$r_{be}$，只剩下一个压控电流源$g_{m}\cdot\Delta u_{GS}$和一个$r_{ds}$($i_{D}$随$u_{DS}$略微升高的斜率倒数)，它很大，一般可以无视，但当负载也很大的时候需要考虑
2 H参数等效模型
场效应管放大电路的H参数模型与三极管类似，不过这里的核心参数变化为：
- $h_{21}=g_m$：跨导；
- $h_{11}\approx \infty$：输入阻抗非常高；
- $h_{22}\approx 0$：漏极与源极间的电流变化不敏感（取决于输出阻抗）
电路分析
1 分压式偏置电路
与三极管一样，分析电路我们也需要先计算静态工作点
然后再作交流通路使用微变等效来计算输出
多级放大电路的构成和动态分析
在实际应用中一级放大电路一般不能满足我们的需求，从而多级放大电路应运而生
1 耦合方式
耦合：放大电路间信号的传递叫做耦合
1.1 直接耦合
一级和一级的输出和输入之间没有其他东西，而是直接连接，就是直接耦合
- (a)：这个电路是两级共射放大电路组合而成，看似合理，但是$T_{2}$的基极导通后电位约为0.7，这意味着$T_{1}$的集电极电位也将是0.7，这会导致$T_{1}$极易集电结正偏，进入饱和状态，失去放大效果，所以我们应该想办法提高$T_{1}$集电极电位
- (b),(c)：在(a)的基础上通过在$T_{2}$的发射极加电阻或二极管、稳压二极管来想办法提高$T_{1}$集电极电位，但仍然不是那么好用，因为这样做就要提高$V_{CC}$，对更多级的放大电路不友好
- (d)：把后面那级放大电路改成使用PNP管，成功解决问题
缺点：调试非常困难，两级放大电路联动，第一级放大电路静态工作点的偏移会导致第二级放大电路也变化
优点：低频特性好，易于集成没有其他外加元件如大容值的电容
1.2 阻容耦合
这个电路第一级是Q点稳定的共射放大电路，第二级是共基放大电路
缺点：低频特性差，不易于集成
优点：静态工作点独立，稳定Q点相对比较容易
1.3 变压器耦合共射放大电路
第一级是共射放大电路，通过变压器耦合到第二级放大电路(在这里用$R_{L}$负载来代替)
优点：静态工作点独立，变压器可以完成阻抗变换，可以用于提高输出功率
1.4 光电耦合器
使用光电耦合器来传输信号，前级和后级放大电路之间完全没有电气连接
2 动态分析
多级放大电路的分析重点就是：在多级放大电路里逐级的等效分析，后级等效为本级的负载，前级等效为输入电源和内阻，就是把电级的放大电路不停的分析，千万不能把一个放大电路单拎出来分析