一、题目

搭建MOS管分压式偏置共源放大电路。利用Multisim研究下列问题：
（1）确定一组电路参数，使电路的 QQQ 点合适。
（2）若输出电压波形底部失真，则可采取哪些措施？若输出电压波形顶部失真，则可采取哪些措施？调整 QQQ 点约在交流负载线的中点。
（3）要想提高电路的电压放大能力，可采取哪些措施？

二、仿真电路

搭建如图1所示电路，选择电源电压 VDD=15VV_{DD}=15\,\textrm VVDD​=15V，负载电阻 RL=5kΩR_L=5\,\textrm kΩRL​=5kΩ。

图1MOS管分压式偏置共源放大电路图1\,\,\textrm{MOS}管分压式偏置共源放大电路图1MOS管分压式偏置共源放大电路电路中采用虚拟N沟道增强型MOS场效应管，其沟道长度 Channel length = 100 μm、沟道宽度 Channel width = 100 μm，模型参数 VT=UGS(th)=2VVT = U_{GS(th)}=2\,\textrm VVT=UGS(th)​=2V，KP=2∗IDO/UGS(th)2=1∗10−3A/V2KP=2*I_{DO}/U^2_{GS(th)}=1*10^{-3}\,\textrm{A/V}^2KP=2∗IDO​/UGS(th)2​=1∗10−3A/V2。
输入信号采用有效值为1 mV、频率为1 kHz的虚拟正弦波信号源。
N沟道增强型MOS管的参数设置如图2所示。(a)L和W即为Channel length和Channel width(a)\,\,\textrm L和\textrm W即为\textrm{Channel length}和\textrm{Channel width}(a)L和W即为Channel length和Channel width(b)VTO即VT和KP的位置(b)\,\,\textrm{VTO}即\textrm{VT}和\textrm{KP}的位置(b)VTO即VT和KP的位置图2MOS管的参数设置图2\,\,\textrm{MOS}管的参数设置图2MOS管的参数设置

三、仿真内容

选择电路中电容和电阻的数值：
确定耦合电容 C1C_1C1​ 和 C2C_2C2​ 为10 μF，旁路电容 CsC_sCs​ 为100 μF。
设静态管压降 UDSQ=4VU_{DSQ}=4\,\textrm VUDSQ​=4V，漏极电流 IDQ=2mAI_{DQ}=2\,\textrm{mA}IDQ​=2mA。为使电路有足够大的输入电阻，Rg3R_{g3}Rg3​确定为2 MΩ；为使电路有足够大的电压放大倍数，RdR_dRd​ 确定为5 kΩ；选定 Rg1R_{g1}Rg1​为150 kΩ，RsR_sRs​ 为500 Ω；然后采用“参数扫描分析”，得到满足静态参数 Rg2R_{g2}Rg2​ 为300 kΩ，如图3所示。
图3扫描Rg2时UDSQ和IDQ图3\,\,扫描R_{g2}时U_{DSQ}和I_{DQ}图3扫描Rg2​时UDSQ​和IDQ​

四、仿真结果

① 用数字万用表测量静态工作点 UGSQ=3.996VU_{GSQ}=3.996\,\textrm VUGSQ​=3.996V，UDSQ=4.046VU_{DSQ}=4.046\,\textrm VUDSQ​=4.046V，IDQ=1.992mAI_{DQ}=1.992\,\textrm{mA}IDQ​=1.992mA。如图4所示。图4Q点的测量图4\,\,Q点的测量图4Q点的测量② 用示波器测得 A˙u≈−5\dot A_u\approx-5A˙u​≈−5。设失真度为5%，测得最大不失真输出电压的有效值约为1.586 V。测量电路即结果如图5所示。(a)电压放大倍数A˙u的测量(a)\,\,电压放大倍数\dot A_u的测量(a)电压放大倍数A˙u​的测量(b)最大不失真输出电压的测量及结果(b)\,\,最大不失真输出电压的测量及结果(b)最大不失真输出电压的测量及结果图5A˙u及最大不失真输出电压的测量图5\,\,\dot A_u及最大不失真输出电压的测量图5A˙u​及最大不失真输出电压的测量③ 增大输入电压有效值，输出电压波形将出现底部失真（见图6(a)），即由于场效应管进入可变电阻区而产生的失真，类似晶体管共射放大电路中的饱和失真。此时可采用减小 RdR_dRd​ 以增大 UDSQU_{DSQ}UDSQ​、减小 Rg1R_{g1}Rg1​或增大Rg2R_{g2}Rg2​ 以减小 IDQI_{DQ}IDQ​等方法来消除失真（见图6(b)）。将 Rg2R_{g2}Rg2​ 增大至500 kΩ，增大输入电压峰值，输出电压波形将出现顶部失真，即截止失真（见图6(ccc)）。此时增大 Rg1R_{g1}Rg1​、减小 Rg2R_{g2}Rg2​ 或 RsR_{s}Rs​ 可消除失真。
(a)输出波形底部失真(a)\,\,输出波形底部失真(a)输出波形底部失真(b)减小Rg1以减小底部失真(b)\,\,减小R_{g1}以减小底部失真(b)减小Rg1​以减小底部失真
(c)输出波形顶部失真(c)\,\,输出波形顶部失真(c)输出波形顶部失真(d)减小Rg2以减小顶部失真(d)\,\,减小R_{g2}以减小顶部失真(d)减小Rg2​以减小顶部失真图6失真波形及减小失真的方法图6\,\,失真波形及减小失真的方法图6失真波形及减小失真的方法应当指出，无论是在实验中，还是在仿真中，均很难看到如理论分析中出现“平顶”或“平底”的失真情况，因而常借助于失真度仪来帮助我们确定失真的程度。
④ 在其它参数不变的情况下，当 Rg2R_{g2}Rg2​ 为288 kΩ时，QQQ 点约在交流负载线的中点，此时再减小Rg2R_{g2}Rg2​会出现底部失真。
图7设置Q点约在负载线中点图7\,\,设置Q点约在负载线中点图7设置Q点约在负载线中点⑤ 采用增大 Rg1R_{g1}Rg1​、减小 Rg2R_{g2}Rg2​ 或减小 RsR_sRs​ 以增大 IDQI_{DQ}IDQ​，从而增大跨导 gmg_mgm​，或者增大 RdR_dRd​ 等放大，均可增大 ∣A˙u∣|\dot A_u|∣A˙u​∣。(a)∣A˙u∣≈5.0(a)\,\,|\dot A_u|\approx5.0(a)∣A˙u​∣≈5.0(b)增大Rg1以增大∣A˙u∣≈5.2(b)\,\,增大R_{g1}以增大|\dot A_u|\approx5.2(b)增大Rg1​以增大∣A˙u​∣≈5.2图8增大∣A˙u∣图8\,\,增大|\dot A_u|图8增大∣A˙u​∣