電子電路場效應(yīng)管放大

1、17:39:581 電路與模擬電子技術(shù)電路與模擬電子技術(shù) 原理原理 第七章 基本放大電路 17:39:582 第7章 基本放大電路 p7.1 放大電路概述 p7.2 晶體管放大電路 p7.3 場效應(yīng)管放大電路 p7.4 功率放大電路 p7.5 多級放大電路 17:39:583 7.3 場效應(yīng)管放大電路 p任何元件，只要能夠?qū)崿F(xiàn)變量之間的控制 特性，就可以用來構(gòu)成放大器。 p利用晶體管工作在放大區(qū)時，集電極電流iC 受基極電流iB控制（iCiB）這一特征，可 以構(gòu)成晶體管放大電路。 p利用場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)時，漏極電流iD 受柵源電壓uGS控制的特性，也可以構(gòu)成場 效應(yīng)管放大電路。 17:39

2、:584 7.3 場效應(yīng)管放大電路 p7.3.1 場效應(yīng)管放大電路的工作原理 p7.3.2 場效應(yīng)管放大電路的組成 p7.3.3 場效應(yīng)管放大電路的近似估算 17:39:585 7.3.1 場效應(yīng)管放大電路的工作原理 p理解場效應(yīng)管放大電路的工作原理， 首先要深入理解場效應(yīng)管本身。 17:39:586 1深入理解場效應(yīng)管 p場效應(yīng)管的柵極、漏極和源極 n源極的意思是“載流子之源” n漏極的意思是“載流子之漏” n柵極這個名詞來自電子管，其作用是控 制漏極和源極之間的電流。 p由于柵極電流為零，場效應(yīng)管的漏極 電流與源極電流相等。 17:39:587 場效應(yīng)管的電壓偏置及電流方向 17:39:5

3、88 場效應(yīng)管電壓偏置及電流方向（續(xù)） pN溝道管的漏極電位高于源極電位，電 流從漏極流向源極； pP溝道管的漏極電位低于源極電位，電 流從源極流向漏極。 p漏源電壓uDS的存在是形成漏極電流iD 的原因和必要條件。 17:39:589 場效應(yīng)管電壓偏置及電流方向（續(xù)） p以N溝道管為例，因為自由電子從源極 流向漏極（電流方向從漏極指向源 極），所以要求uDS0（漏極電位必須 高于源極電位）， puDS增大將導(dǎo)致iD增大，但是uDS和iD之 間的這種正相關(guān)性，卻受到柵極電壓 （用uGS表示）作用的強烈影響。 17:39:5810 uDS對載流子運動（iD）的影響 （1）uDS是用來形成iD的，

4、所以iD理應(yīng)受 uDS的影響，二者存在正相關(guān)性； n但是uDS和iD之間的數(shù)值關(guān)系受到溝道變 化的重大影響。 17:39:5811 uGS對溝道的影響 （2）uGS是用來改變溝道的， n如果uGS引起溝道夾斷，則iD0； n在溝道暢通的情況下，uGS還會改變溝道 的寬窄，進而改變漏極和源極之間的導(dǎo) 電特性，從而改變uDS和iD的比例系數(shù)， 這相當(dāng)于漏極和源極之間的存在著一個 受uGS控制的可變電阻。 17:39:5812 uGS與uDS 共同改變溝道 （3）uGS對溝道的改變又受到uDS的影響。 n預(yù)夾斷時，電流iD在uDS變化時基本保持 穩(wěn)定。 n（請詳細(xì)閱讀教材） 17:39:5813 場

5、效應(yīng)的外部偏置條件 pN溝道場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的外部偏置條 件是uDS過高導(dǎo)致uGD過低，低到不足以維持 溝道暢通的程度。 p此時溝道發(fā)生預(yù)夾斷，iD基本上不隨uDS變 化而取決于uGS的值，并以轉(zhuǎn)移特性來表示。 p當(dāng)uDS較小時，場效應(yīng)管不會發(fā)生預(yù)夾斷， 也就不會進入恒流區(qū)，而是工作在可變電 阻區(qū)，此時的iD既取決于uDS，又取決于uGS。 17:39:5814 7.3.1 場效應(yīng)管放大電路的工作原理 p場效應(yīng)管的柵極、漏極和源極分別對應(yīng)晶 體管的基極、集電極和發(fā)射極， p場效應(yīng)管放大電路也可以組成共柵、共漏、 共源放大電路。 p要讓場效應(yīng)管放大電路實現(xiàn)對輸入信號的 放大，也必須確保場效應(yīng)

6、管能夠不失真地 工作在恒流區(qū)（飽和區(qū)）， p而要實現(xiàn)這一點，就必須給場效應(yīng)管提供 合適的偏置（自偏壓和分壓式偏壓 ） 17:39:5815 2場效應(yīng)管工作狀態(tài)的確定 p場效應(yīng)管的工作狀態(tài)，既可以從電壓角度 來判斷，也可以從電流角度來判斷。 n從電壓角度看，場效應(yīng)管的外加電壓必 須能夠確?！皽系李A(yù)夾斷”uGS能確 保溝道存在，uDS能確保溝道預(yù)夾斷。 n從電流角度看，場效應(yīng)管的控制特性以 平方關(guān)系出現(xiàn)。 17:39:5816 N溝道耗盡型FET工作狀態(tài) p截止區(qū)： n柵源電壓過低，導(dǎo)致溝道夾斷 UGSUP iD0 17:39:5817 N溝道耗盡型FET工作狀態(tài)（續(xù)） p恒流區(qū)： n柵源電壓夠高

7、，保證溝道存在； n漏源電壓過高，溝道預(yù)夾斷 UPUGS0，UDSUGS-UP 2 1 P GS DSSD U U II 17:39:5818 N溝道耗盡型FET工作狀態(tài)（續(xù)） p可變電阻區(qū)： n柵源電壓夠高，保證溝道存在； n漏源電壓夠低，溝道未發(fā)生預(yù)夾斷 UPUGS0，0UDSUGS-UP 2 12 P DS P DS P GS DSSD U U U U U U II 17:39:5819 7.3.2 場效應(yīng)管放大電路的組成 p共柵、共漏、共源 p要讓場效應(yīng)管放大電路實現(xiàn)對輸入信 號的放大，也必須確保場效應(yīng)管能夠 不失真地工作在恒流區(qū)（飽和區(qū)）， 而要實現(xiàn)這一點，就必須給場效應(yīng)管 提供合適

8、的偏置， 17:39:5820 1自偏壓電路 p由于iG0， 以及電容C1的 隔直作用，柵 極電阻RG上不 可能有直流電 流流過，所以 柵極直流電壓 UG0。 17:39:5821 自偏壓電路（續(xù)） p又因為場效應(yīng)管的iDiS，于是源極直流電 壓US就等于源極電阻Rs上的直流電壓： USRsID p于是柵源電壓 UGSUGUSIDRs pID為零時，UGS0，耗盡型FET的導(dǎo)電溝道 就已經(jīng)存在。 17:39:5822 自偏壓電路（續(xù)） p自偏壓電路要求柵極無電壓時就存在 導(dǎo)電溝道，所以只能適用于耗盡型場 效應(yīng)管。 p結(jié)型場效應(yīng)管在沒有柵極電壓的時候 也存在導(dǎo)電溝道，所以也屬于耗盡型 場效應(yīng)管。

9、 17:39:5823 2分壓式偏置電路 p分壓式偏置 既適用于增 強型場效應(yīng) 管也適用于 耗盡型場效 應(yīng)管。 17:39:5824 7.3.3 場效應(yīng)管放大電路的近似估算 p場效應(yīng)管放大電路的分析與晶體管類 似，也要先進行直流分析，得到靜態(tài) 工作點；再進行動態(tài)分析，得到放大 倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等交流參 數(shù)。 p分析方法可以使用估算法（等效電路 法）或圖解法。 17:39:5825 1場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析 p場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)分析的思路，是首 先確定管子的工作狀態(tài)，再計算此工作狀 態(tài)下的靜態(tài)工作點（IDQ，UGSQ，UDSQ）。 p應(yīng)記住場效應(yīng)管是一種電壓控制器件，柵 極只需要偏

10、壓，不需要偏流（IG0），所 以漏極電流恒等于源極電流（iDiS）。 p利用這個特性，再結(jié)合基爾霍夫定律和場 效應(yīng)管伏安特性關(guān)系方程即可求解。 17:39:5826 場效應(yīng)管電路靜態(tài)分析思路（續(xù)） p假設(shè)其工作于某個特定區(qū)域，并求解 此狀態(tài)下的G-S回路和D-S回路方程， p如果所得到的結(jié)果符合假設(shè)區(qū)域的偏 置條件，說明我們的假設(shè)正確； p否則說明我們的假設(shè)不正確，應(yīng)作出 新的假設(shè)。 17:39:5827 場效應(yīng)管靜態(tài)分析步驟 p首先確定場效應(yīng)管工作狀態(tài)，步驟如下： n(1)假設(shè)FET工作于截止區(qū)，則 ID0，IG0 在此前提下計算UGS，驗證 UGSUP 是否成立。如果成立，則說明FET處于

11、截 止區(qū)。否則進行第二步。 17:39:5828 場效應(yīng)管靜態(tài)分析步驟（續(xù)） p(2)假設(shè)FET工作于恒流區(qū)，則 IG0 在此前提下計算UGS，驗證 UPUGS0，UDSUGSUP 是否成立。如果成立，則說明FET處于恒 流區(qū)，否則進行第三步。 2 1 P GS DSSD U U II 17:39:5829 場效應(yīng)管靜態(tài)分析步驟（續(xù)） p(3)假設(shè)FET工作于可變電阻區(qū)，則 IG0 在此前提下計算UGS，驗證 UPUGS0，0UDSUGSUP 是否成立。如果成立，則說明FET處于可變電 阻區(qū)，否則應(yīng)考慮場效應(yīng)管是否已經(jīng)擊穿。 2 12 P DS P DS P GS DSSD U U U U U

12、 U II 17:39:5830 場效應(yīng)管靜態(tài)分析步驟（續(xù)） p其次根據(jù)已知狀態(tài)計算靜態(tài)工作點（ID， UGS，UDS）。 17:39:5831 場效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例 【例7-4】已知 UDD6V， Rd750， Rs500， 場效應(yīng)管的 UP4V， IDSS16mA， 求靜態(tài)工作點。 17:39:5832 場效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例（續(xù)） 【解】首先畫出直流通路，如圖 7-27所示。 因為柵極電流IG0，柵極電阻Rg 上無電流，可知 UG0 又因為USIDRs UGSUGUSIDRs 17:39:5833 場效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例（續(xù)） 下面分析場效應(yīng)管的工作狀態(tài)。 (1)假設(shè)FET工作于截止區(qū)，則ID0 UGSIDRs0(V) 不滿足UGSUP的條件，說明FET不能工 作于截止區(qū)。 17:39:5934 場效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例（續(xù)） (2)假設(shè)FET工作于恒流區(qū)，得場效應(yīng)管特性 方程 再根據(jù)G-S回路寫出柵源電壓表達(dá)式 UGSID500 求解，可驗證場效應(yīng)管不能工作于恒流區(qū) （詳細(xì)步驟見教材） 2 3 2 4 110161 GS P GS DSSD U U U II 17:39:5935 場效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例（續(xù)） (3)假設(shè)FET工作于可變電阻區(qū)，則 UDSUDDIDRdIDRs6ID1250 UGSUG