目標

　　本次實驗的目的是研究簡單的NMOS源極跟隨器,，有時也稱為共漏極配置,。

　　材料

　　·ADALM2000主動學習模塊

　　·無焊面包板

　　·跳線

　　·一個2.2 kΩ電阻（RL）

　　·一個小信號NMOS晶體管（M1采用增強模式CD4007或ZVN2110A）

　　說明

　　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負載電阻和示波器輸入2+（單端）,。負載電阻的另一端連接至負極（Vn）電源。要測量輸入-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。在測量輸入-輸出誤差時，應連接示波器的通道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量的兩個信號的多個周期。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會減小,。此外,，從電路可以看出，ID與RL相關,，如果RL增大,，ID會減小。在簡單的電阻負載發(fā)射極跟隨器中,，這兩種效應相互抵消,。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可以認為是與工藝技術相關的常數(shù),。

　　從另一個角度來看，因為晶體管Vth本身的DC偏移,，在預期的擺幅內(nèi)輸入和輸出之間的差值應是恒定的,。受簡單的電阻負載RL影響，漏電流ID會隨著輸出上下擺動而升高和降低,。我們知道ID是VGS的函數(shù)（平方關系）,。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會發(fā)生明顯變化,。根據(jù)這些實驗結(jié)果，我們能從一個方面改善源極跟隨器,。

　　現(xiàn)在可以使用先前學子專區(qū)實驗中的電流鏡來代替源負載電阻,，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導致VGS相當恒定,。從另一個角度來看，電流鏡中極高的輸出電阻可以有效提高RL,，但rs保持為電流設定的低值,。

　　加強源極跟隨器

　　附加材料

　　?一個3.2 kΩ電阻（將1 kΩ和2.2 kΩ電阻串聯(lián)）

　　?一個小信號NMOS晶體管（M1采用ZVN2110A）

　　?兩個小信號NMOS晶體管（M2和M3采用CD4007）

　　說明

　　面包板連接如圖4和圖5所示。

　　圖4.加強源極跟隨器,。

　　硬件設置

　　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。在測量輸入-輸出誤差時,，應連接示波器的通道2,，以顯示2+和2–之間的差值。

　　圖5.加強源極跟隨器面包板電路

　　程序步驟

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

　　圖6.加強源極跟隨器波形

　　源極跟隨器輸出阻抗

　　目標

　　源極跟隨器的一個重要方面是提供功率或電流增益,，即從高電阻（阻抗）級驅(qū)動低電阻（阻抗）負載,。因此，測量源極跟隨器的輸出阻抗具有指導意義,。

　　材料

　　·一個4.7 kΩ電阻

　　·一個10 kΩ電阻

　　·一個小信號NMOS晶體管（M1采用CD4007或ZVN2110A）

　　說明

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

　　圖7.輸出阻抗測試

　　圖8.輸出阻抗測試面包板電路

　　硬件設置

　　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）,。這會將±0.1 mA （1 V/10 kΩ）電流注入M1的源極,。示波器輸入2+測量源極電壓的變化。

　　程序步驟

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

　　圖9.輸出阻抗測試波形

　　問題：

　　您能簡要描述兩種提高源極跟隨器增益（接近1）的方法嗎,？

　　您可以在學子專區(qū)博客上找到問題答案,。