目標(biāo)

　　本次實(shí)驗(yàn)的目的是研究簡(jiǎn)單的NMOS源極跟隨器，有時(shí)也稱(chēng)為共漏極配置,。

　　材料

　　·ADALM2000主動(dòng)學(xué)習(xí)模塊

　　·無(wú)焊面包板

　　·跳線

　　·一個(gè)2.2 kΩ電阻（RL）

　　·一個(gè)小信號(hào)NMOS晶體管（M1采用增強(qiáng)模式CD4007或ZVN2110A）

　　說(shuō)明

　　面包板連接如圖1和圖2所示,。波形發(fā)生器W1的輸出連接至M1的柵極端子。示波器輸入1+（單端）也連接至W1輸出,。漏極端子連接至正極（Vp）電源,。源極端子連接至2.2 kΩ負(fù)載電阻和示波器輸入2+（單端）。負(fù)載電阻的另一端連接至負(fù)極（Vn）電源,。要測(cè)量輸入-輸出誤差,，可以將2+連接至M1的柵極，2–連接至源極,，以顯示示波器通道2的差值,。

　　圖1.源極跟隨器

　　硬件設(shè)置

　　波形發(fā)生器配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度為2 V,，偏移為0,。示波器通道2的單端輸入（2+）用于測(cè)量源極的電壓。示波器配置為連接通道1+以顯示AWG發(fā)生器輸出,。在測(cè)量輸入-輸出誤差時(shí),，應(yīng)連接示波器的通道2，以顯示2+和2–之間的差值,。

　　圖2.源極跟隨器面包板電路

　　程序步驟

　　配置示波器以捕獲所測(cè)量的兩個(gè)信號(hào)的多個(gè)周期,。產(chǎn)生的波形如圖3所示。

　　圖3.源極跟隨器的輸入和輸出波形

　　源極跟隨器的增益（VOUT/VIN）理想值為1,，但總是略小于1,。增益由以下公式1計(jì)算得出：

　　從公式可以看出，要獲得接近1的增益,，我們可以增大RL或減小rs,。也可以看出,，rs是ID的函數(shù)，ID增大,，rs會(huì)減小,。此外，從電路可以看出,，ID與RL相關(guān),，如果RL增大，ID會(huì)減小,。在簡(jiǎn)單的電阻負(fù)載發(fā)射極跟隨器中,，這兩種效應(yīng)相互抵消。所以,，要優(yōu)化跟隨器的增益,，我們需要找到能在不影響另一方的情況下降低rs或增大RL的方法。需要注意的是,，在MOS晶體管中,，ID = Is （IG = 0）。

　　其中,，K = μnCox/2,，λ可以認(rèn)為是與工藝技術(shù)相關(guān)的常數(shù)。

　　從另一個(gè)角度來(lái)看,，因?yàn)榫w管Vth本身的DC偏移,，在預(yù)期的擺幅內(nèi)輸入和輸出之間的差值應(yīng)是恒定的。受簡(jiǎn)單的電阻負(fù)載RL影響,，漏電流ID會(huì)隨著輸出上下擺動(dòng)而升高和降低,。我們知道ID是VGS的函數(shù)（平方關(guān)系）。以+1 V至-1 V的擺幅為例,，最小ID = 1 V/2.2 kΩ或0.45 mA,，最大ID = 6 V/2.2 kΩ或2.7 mA。因此VGS會(huì)發(fā)生明顯變化,。根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果,，我們能從一個(gè)方面改善源極跟隨器。

　　現(xiàn)在可以使用先前學(xué)子專(zhuān)區(qū)實(shí)驗(yàn)中的電流鏡來(lái)代替源負(fù)載電阻,，以使放大器晶體管的源極電流固定不變,。電流鏡能在寬電壓范圍內(nèi)獲取較為恒定的電流。晶體管中這種較為恒定的電流會(huì)導(dǎo)致VGS相當(dāng)恒定,。從另一個(gè)角度來(lái)看,，電流鏡中極高的輸出電阻可以有效提高RL，但rs保持為電流設(shè)定的低值。

　　加強(qiáng)源極跟隨器

　　附加材料

　　?一個(gè)3.2 kΩ電阻（將1 kΩ和2.2 kΩ電阻串聯(lián)）

　　?一個(gè)小信號(hào)NMOS晶體管（M1采用ZVN2110A）

　　?兩個(gè)小信號(hào)NMOS晶體管（M2和M3采用CD4007）

　　說(shuō)明

　　面包板連接如圖4和圖5所示,。

　　圖4.加強(qiáng)源極跟隨器,。

　　硬件設(shè)置

　　波形發(fā)生器配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度為2 V,，偏移為0,。示波器通道2的單端輸入（2+）用于測(cè)量源極的電壓。示波器配置為連接通道1+以顯示AWG發(fā)生器輸出,。在測(cè)量輸入-輸出誤差時(shí),，應(yīng)連接示波器的通道2，以顯示2+和2–之間的差值,。

　　圖5.加強(qiáng)源極跟隨器面包板電路

　　程序步驟

　　配置示波器以捕獲所測(cè)量的兩個(gè)信號(hào)的多個(gè)周期。產(chǎn)生的波形如圖6所示,。

　　圖6.加強(qiáng)源極跟隨器波形

　　源極跟隨器輸出阻抗

　　目標(biāo)

　　源極跟隨器的一個(gè)重要方面是提供功率或電流增益,，即從高電阻（阻抗）級(jí)驅(qū)動(dòng)低電阻（阻抗）負(fù)載。因此,，測(cè)量源極跟隨器的輸出阻抗具有指導(dǎo)意義,。

　　材料

　　·一個(gè)4.7 kΩ電阻

　　·一個(gè)10 kΩ電阻

　　·一個(gè)小信號(hào)NMOS晶體管（M1采用CD4007或ZVN2110A）

　　說(shuō)明

　　圖7和圖8中的電路配置增加了一個(gè)電阻R2，將來(lái)自AWG1的測(cè)試信號(hào)注入M1的發(fā)射極（輸出）,。輸入端（M1的基極）接地,。

　　圖7.輸出阻抗測(cè)試

　　圖8.輸出阻抗測(cè)試面包板電路

　　硬件設(shè)置

　　波形發(fā)生器配置為1 kHz正弦波，峰峰值幅度為2 V,，偏移為減去M1的VGS（約為–V）,。這會(huì)將±0.1 mA （1 V/10 kΩ）電流注入M1的源極。示波器輸入2+測(cè)量源極電壓的變化,。

　　程序步驟

　　繪制在源極處測(cè)得的電壓幅度,。配置示波器以捕獲所測(cè)量的兩個(gè)信號(hào)的多個(gè)周期。產(chǎn)生的波形如圖9所示,。

　　圖9.輸出阻抗測(cè)試波形

　　問(wèn)題：

　　您能簡(jiǎn)要描述兩種提高源極跟隨器增益（接近1）的方法嗎,？

　　您可以在學(xué)子專(zhuān)區(qū)博客上找到問(wèn)題答案。