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带有源极交流阻抗的MOS管放大器设计

2026-05-20

电子信息工程

模拟电路

任务#

依然是使用BS170进行设计，这次要求 $V_{DD} = 15V$ ， $R_L = 26k$ ， $A_V = 27$

步骤#

还是需要先确定元件参数电路图

第一步#

按照上一次实验的流程，我们搭建一个相同的电路
什么？你问 $R_{S1}$ 和 $R_{S2}$ 是什么东西？~~咱不知道啊，把它当成源极电阻吧，只需要两个加一起等于算出来的 $R_S$ 就行~~
什么？你问 $I_D$ 该怎么选择？~~为了装作咱真的掌握了MOS管相关内容，一定要和之前选的不一样啊，那就4mA吧~~ 于是在 $V_{GS} = 7.5V, R_{G1} = R_{G2} = 100k, I_D = 4mA$ 的情况下完成了电路设计
我超 $A_V$ 怎么等于0.2，大失败

错误分析#

问题出在哪里呢？原因在于先前的实验中交流信号可以直接走电容，不会被 $R_S$ 影响。但现在的设计中交流信号依然要走 $R_{S1}$
那么问题来了，真实的增益公式是什么呢？
当然是 $A_V = \frac{g_m(R_D//R_L)}{1 + g_mR_{S1} }$ 啦
让我们重新计算，然后仿真
我超，怎么 $V_o$ 只有几 $\mu V$ 了，还是大失败

错误分析2#

这次的错误是什么呢？答案在我们之前选取的 $R{S1}$ 上。
由公式可得， $R_{S1}$ 越大， $R_D//R_L$ 就越大。由于 $R_L$ 为定值，那么只能增大 $R_D$
这就是问题的原因， $V_D = I_DR_D$ ，我们的 $R_{S1} = 390$ ，这时 $R_D≈22k$ ，对应的分压 $V_D = 88V$ ，而我们的 $V_{DD}$ 只有可怜的15V，导致漏极电压为负

结果#

让我们重新计算，增加 $R_D$ 的约束条件。顺便把 $I_D$ 降到2mA以降低 $R_S$
因为 $V_D > V_S + 0.5V$ (这个0.5V是工程常数)
又因为我们选取的 $V_S = 5.15V$ ，故 $V_D > 5.65V$ （这个条件下 $R_{G1} = R_{G2}$ ，分压都是7.5V）
这样可以得到 $R_D < \frac{V_{DD} - V_D}{I_D} = 4675$
我们选择一个小一点的 $R_{S1} = 50$ ，这时 $R_{S2} = 2390$ ，解得 $R_D = 3009$ ，符合条件
设计完成结果图