第八章 分立元件放大電路(四)

1、8.2 場效應管放大電路128.4 8.4 場效應管放大電路場效應管放大電路一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型二、基本共源放大電路二、基本共源放大電路三、基本共漏放大電路三、基本共漏放大電路四、基本共柵放大電路四、基本共柵放大電路 場效應管有三個極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d），對應于晶體管的e、b、c； 有三個工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對應于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。單極型管噪聲小、抗輻射能力強、低電壓工作一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型三個電極的對應情況：三個電極的對應情況：BJT

2、FET基極基極b柵極柵極g集電極集電極c漏漏 極極d發(fā)射極發(fā)射極e源源 極極s截止區(qū)截止區(qū)截止區(qū)截止區(qū)放大區(qū)放大區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)三個工作區(qū)的對應情況：三個工作區(qū)的對應情況：3DGSDGSN溝道P溝道結(jié)型FET一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型41.1.各類場效應管的符號各類場效應管的符號DSGBDSGBDSGBDSGBN溝道P溝道增強型N溝道P溝道耗盡型MOSFET5一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型1.1.各類場效應管的符號各類場效應管的符號按特性分 增強型耗盡型uGS = 0

3、時， iD = 0uGS = 0 時， iD 0各種管子的輸出特性形狀是一各種管子的輸出特性形狀是一樣的，只是控制電壓樣的，只是控制電壓U UGSGS不同。不同。uDSiD0可變電阻區(qū)012345601231233456789結(jié)型P溝耗盡型MOSP溝345601201231233456789結(jié)型N溝耗盡型 增強型MOSN溝UGS/VUGS/V6一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型2.2.場效應管的特性曲線場效應管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性輸出特性輸出特性2GS(off)GSDSSD)1(UuIi 增強型：增強型：耗盡型：耗盡型：DGS(th)GSDO2G

4、S(th)GSDOD2) 1(iUuIUuIi時的為式中在恒流區(qū)時，3.3.工作在恒流區(qū)時工作在恒流區(qū)時g-sg-s、d-sd-s間的電壓極性間的電壓極性)0(P)0(N)00(P)00(N)00(P)00(NDSGSDSGSDSGSDSGSDSGSDSGS極性任意，溝道極性任意，溝道耗盡型，溝道，溝道增強型絕緣柵型，溝道，溝道結(jié)型場效應管uuuuuuuuuuuuuGS=0可工作在恒流區(qū)的場效應管有哪幾種？ uGS0才可能工作在恒流區(qū)的場效應管有哪幾種？ uGS0才可能工作在恒流區(qū)的場效應管有哪幾種？ 一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型7一、場效應管的

5、特性、參數(shù)與微變等效模型一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型84.4.場效應管的主要參數(shù)場效應管的主要參數(shù) 一、直流參數(shù)一、直流參數(shù) 1. 結(jié)型場效應管和耗盡型結(jié)型場效應管和耗盡型MOSFET (1)飽和漏極電流飽和漏極電流IDSS(IDO)：對應：對應uGS=0時的漏極電流。時的漏極電流。 (2)夾斷電壓夾斷電壓UGS(off)：當柵源電壓：當柵源電壓uGS=UGS(off)時，時，iD=0。 2. 增強型增強型MOSFET 開啟電壓開啟電壓UGS(th)：當：當uGSuGS(th)時，導電溝道才形成，時，導電溝道才形成，iD0。 3. 輸入電阻輸入電阻RGS 對結(jié)型場效應管，對結(jié)型場效應

6、管，RGS在在1081012之間。之間。 對對MOS管，管，RGS在在10101015之間。之間。 通常認為通常認為RGS 。 一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型9 二、極限參數(shù)二、極限參數(shù) 場效應管也有一定的運用極限，若超過這些極限值，管子就場效應管也有一定的運用極限，若超過這些極限值，管子就可能損壞。場效應管的極限參數(shù)如下：可能損壞。場效應管的極限參數(shù)如下： (1)柵源擊穿電壓柵源擊穿電壓U(BR)GS (2)漏源擊穿電壓漏源擊穿電壓U(BR)DS (3)最大功耗最大功耗PDM：PDM=IDUDS4.4.場效應管的主要參數(shù)場效應管的主要參數(shù)一、場效

7、應管的特性、參數(shù)與微變等效模型一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型102. 2. 輸出電阻輸出電阻r rds ds 輸出電阻rds定義為4.4.場效應管的主要參數(shù)場效應管的主要參數(shù)GSQDSdsuDdurdi三、交流參數(shù)三、交流參數(shù)1. 1. 跨導跨導g gm m 定義為定義為 gm的大小可以反映柵源電壓的大小可以反映柵源電壓uGS對漏極電流對漏極電流iD的控制能力的強弱。的控制能力的強弱。 gm可以從轉(zhuǎn)移特性或輸出特性中求得，也可以用公式計算出來。可以從轉(zhuǎn)移特性或輸出特性中求得，也可以用公式計算出來。)/(VmdudigCuGSDmDS說明了uDS對iD的影響。是輸出特性某一點上切線斜率的

8、倒數(shù)。 一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型11(,)1DGSDSDDDGSDSmGSDSGSDSdsif uuiididudug duduuur用有效值表示，上式可改寫為1dmgsdsdsIg UUr通常rds較大， 對Id的影響可以忽略，則dsU5.5.場效應管的微變等效模型場效應管的微變等效模型dmgsIg U一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型一、場效應管的特性、參數(shù)與微變等效模型12畫出該式所對應的等效電路如圖所示1dmgsdsdsIg UUr5.5.場效應管的微變等效模型場效應管的微變等效模型rds一般在幾十k到幾百k微變等效模型可以近似為

9、13二、基本共源放大電路二、基本共源放大電路為保證為保證MOSMOS管工作在管工作在恒流區(qū)恒流區(qū)：輸入回路輸入回路： 加柵極電源加柵極電源V VGGGG， 使其大于開啟電壓使其大于開啟電壓U UGS(th)GS(th)輸出回路輸出回路： 加漏極電源加漏極電源V VDDDD，作為負載的能量，并使漏，作為負載的能量，并使漏- -源源電壓大于夾斷電壓電壓大于夾斷電壓R Rd d： 將漏極電流將漏極電流i iD D的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化轉(zhuǎn)換為電壓u uDSDS的變化，實的變化，實現(xiàn)電壓放大（與共射中的現(xiàn)電壓放大（與共射中的R Rc c作用相同）作用相同）為使信號源與放大電路為使信號源與放大電路“共地共

10、地”，并采用單，并采用單電源供電電源供電: :l 自給柵偏壓放大電路自給柵偏壓放大電路l 分壓偏置放大電路分壓偏置放大電路1. 1. 基本共源放大電路基本共源放大電路dDQDDDSQ2GS(th)GGDODQGGGSQ) 1(RIVUUVIIVU14二、基本共源放大電路二、基本共源放大電路2.2.自給柵偏壓放大電路自給柵偏壓放大電路直流通路直流通路靜態(tài)分析靜態(tài)分析：柵極絕緣 輸入電流IG=0靜態(tài)分析即求U UGSQGSQ、U UDSQDSQ和I IDQDQ15二、基本共源放大電路二、基本共源放大電路2.2.自給柵偏壓放大電路自給柵偏壓放大電路靜態(tài)分析靜態(tài)分析：0GQSQDQsGQSQDQsGS

11、QGQSQDQsGSQGQSQDQs，UUI RUUUI R 由正電源獲得負偏壓由正電源獲得負偏壓, ,稱為稱為自給偏壓自給偏壓2GS(off)GSQDSSDQ)1 (UUII)(SDDQCCDSQRRIVU 列出輸入回路電壓方程假設(shè)管子工作在恒流區(qū)，由耗盡型場效應管的電流方程可得列出輸出回路電壓方程16二、基本共源放大電路二、基本共源放大電路2.2.自給柵偏壓放大電路自給柵偏壓放大電路動態(tài)分析動態(tài)分析交流等效電路交流等效電路微變等效電路微變等效電路17二、基本共源放大電路二、基本共源放大電路mgsDLumDLgsg u (R / /R )Ag R / /Ru GiRr 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍

12、數(shù)輸入電阻輸入電阻輸出電阻輸出電阻o oD D= =rR2.2.自給柵偏壓放大電路自給柵偏壓放大電路動態(tài)分析動態(tài)分析LDgsmoRRugu/gsiuu 18二、基本共源放大電路二、基本共源放大電路3.3.分壓偏置放大電路（分壓偏置放大電路（Q Q點穩(wěn)定）點穩(wěn)定）靜態(tài)分析靜態(tài)分析：柵極絕緣 RG上電流為0求出柵極的分壓UGG1GDDG1G2RUVRR列出輸入回路電壓方程G1GSQGSDDDQG1G2RUUUVIRRR假設(shè)管子工作在恒流區(qū)，由增強型場效應的電流方程可得GSQ22DQnGSQGS(th)DOGS(th)()(1)UIKUUIU列出輸出回路電壓方程 DSQDDDQD()UVIRR S1

13、9二、基本共源放大電路二、基本共源放大電路3.3.分壓偏置放大電路分壓偏置放大電路動態(tài)分析動態(tài)分析20二、基本共源放大電路二、基本共源放大電路3.3.分壓偏置放大電路分壓偏置放大電路動態(tài)分析動態(tài)分析mgsDLumDLgsg u (R / /R )Ag R / /Ru 12/i iGGGrRRR電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)輸入電阻輸入電阻輸出電阻輸出電阻o oD D= =rRLDgsmoRRugu/gsiuu 例例1 1：電路如圖（：電路如圖（1 1）畫直流通路；（）畫直流通路；（2 2）畫微變等效電路）畫微變等效電路；（3 3）求求A Av v 、 r ri i、 r ro o的表達式的表達式21

14、例例2 2：場效應管放大器電路如圖所示，已知工作點的：場效應管放大器電路如圖所示，已知工作點的g gm m=5mA/V=5mA/V，試畫出低頻小信號等效電路，并計算增益，試畫出低頻小信號等效電路，并計算增益A Au u。2211()()1doDLmdddGSiimmSmSUIRRgIg UgUI RIUg R 1()8.31omuDLmLmSigUARRg Rg RU 23例例3 3：電路如圖，已知工作點的：電路如圖，已知工作點的g gm m=5mA/V=5mA/V，求動態(tài)分析，求動態(tài)分析24dgsmoRg vv )1()(mgsgsmgsiRgRg vvvvRgRgAmdmio1 vvvg2

15、g1i| RRR doRR siisiiososRRRAA vvvvvvvvs（除掉vgs）放大倍數(shù)在輸入電阻上的分壓2526三、基本共漏放大電路三、基本共漏放大電路靜態(tài)工作點與共源放大電路一樣動態(tài)分析動態(tài)分析(/ /)(/ /)1(/ /)1(/ /)mgsLmgsLmLmLgsmgsLmLgsmgsLmLDoDuiDDg uRRugRRAuug uRRgRR電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)輸入電阻輸入電阻)/(g2g1giRRRr27三、基本共漏放大電路三、基本共漏放大電路動態(tài)分析動態(tài)分析/ /omgsDLigsoug uRRuuu 輸出電阻輸出電阻1/ /o oDmrRg28三、基本共漏放大電路

16、三、基本共漏放大電路動態(tài)分析動態(tài)分析DtRmgsiig uDtRDuiRtgsuu （1）電壓增益Au（2）輸入電阻RimgsDLoumDLigs(/)(/)g uRRuAgRRuugsiiSgsimmmgsSS11/1uuRRuiggg uRR（3）輸出電阻RooDRR四、基本共四、基本共柵柵放大電路放大電路29組態(tài)對應關(guān)系：CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET電壓增益：beLc)/(rRR )/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(rRR CE：CC：CB：)/(LdmRRg )/(1)/(LmLmRRgRRg )/(LdmRRgCS：CD：CG：30beb

17、/rR輸出電阻：cR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRR 1/beerRcRBJTFET輸入電阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：)/(g2g1g3RRR m1/gR)/(g2g1g3RRR CE：CC：CB：CS：CD：CG：dRm1/gRdR31例4：設(shè) gm=3mA/V，=50，rbe = 1.7k前級:場效應管共源極放大器后級:晶體管共射極放大器求：總電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。+VCCRS3M(+24V)R120k10kC2C3R4R3RLRE282k43k10k8k10kC1RCT1RE1CE2T2CE1RD10kR21MSio32（1）估算各

18、級靜態(tài)工作點: （略）（2）動態(tài)分析: 微變等效電路iR2RioR首先計算第二級的輸入電阻： Ri2= R3/ R4/ rbe=82/43/1.7=1.7 kR3R4RCRLRSR2R1RDrbegsdIsocIbIgdsi334 . 4)7 . 1/10(3)R/(211viDmLmRgRgA1477 . 1)10/10(50/2vbeLCbeLrRRrRAR3R4RCRLRSR2R1RDrbegsdIsocIbIgdsi34Ri=R1/R2=3/1=0.75M Ro=RC=10k R3R4RCRLRSR2R1RDrbegsdIsocIbIgdsi35Av=Av1Av2 =(-4.4) (-147) =64763075020750647RRvviSisRAAR3R4RCRLRSR2R1RDrbegsdIsocIbIgdsi3637RB+ECRCC1C2TRLuiuo簡單的固定偏置共射極放大器靜態(tài)分析：求靜態(tài)分析：求IB，IC和和U