場效應管放大電路及多級放大電路

1、第三章第三章 場效應管放大電路場效應管放大電路及多級放大電路及多級放大電路模擬電子技術基礎3.1、結型場效應管（、結型場效應管（JFET）3.2、金屬、金屬-氧化物氧化物-半導體場效應管半導體場效應管 （MOSFET） 3.3、場效應管靜態(tài)工作點的設置方法、場效應管靜態(tài)工作點的設置方法3.5、復合管、復合管3.4、場效應管放大電路的動態(tài)分析、場效應管放大電路的動態(tài)分析3.6、多級放大電路、多級放大電路第三章第三章 場效應管及其放大電路場效應管及其放大電路晶體三極管：晶體三極管：電流控制電流元件電流控制電流元件場效應管：場效應管：電壓控制電流元件電壓控制電流元件引入場效應管的原因：引入場效應管的

2、原因：晶體管放大電路不能滿足晶體管放大電路不能滿足ri（M）在晶體管放大電路中，共集放大電路輸入電阻最高在晶體管放大電路中，共集放大電路輸入電阻最高iBbeL/(1)100rRrRK所以引入場效應管來提高輸入電阻。所以引入場效應管來提高輸入電阻。序論序論場效應管場效應管結型結型N溝道溝道（uGS0）P溝道溝道（uGS0, uDS0時，時，使溝道中各點與柵極使溝道中各點與柵極g間電壓不再相間電壓不再相 等，所以等，所以PN上寬下窄。上寬下窄。PN結上寬下窄結上寬下窄預夾斷預夾斷(2)uGD=uGS-uDS，隨著隨著uDS增大，增大，uGD變小耗盡層變寬，導電溝變小耗盡層變寬，導電溝道變窄，道變窄

3、，iD隨隨uDS線性增加。線性增加。(3)uGD=uGS-uDS，隨著隨著uDS繼續(xù)增大，當繼續(xù)增大，當uGD=uGS（Off）時，為預時，為預夾斷。夾斷。uGDUGS（off）uGDUGS（off）3.1 結型結型場效應管場效應管b b、漏漏- -源電壓對漏極電流的影響源電壓對漏極電流的影響(3)uGD=uGS-uDS，隨著隨著uDS繼續(xù)增大，當繼續(xù)增大，當uGDuGS（Off）時，夾斷時，夾斷加深，此時加深，此時iD不再隨不再隨uDS增大而增大，增大而增大，uDS的增的增大幾乎全部用來克服溝道電阻，大幾乎全部用來克服溝道電阻，iD僅取決于僅取決于uGS大小，此時為大小，此時為恒流區(qū)。恒流區(qū)

4、。uGD0時，時，由于二氧化硅絕緣層則由于二氧化硅絕緣層則ig=0，導電溝，導電溝 道變寬，在道變寬，在uDS作用下，作用下，iD較大較大2 2）當）當ugs0時，時，導電溝道變窄，導電溝道變窄，iD變小，當變小，當ugs=UGS（0ff時，時， 出現夾斷區(qū)，出現夾斷區(qū)，iD=0.總結：總結：耗盡型耗盡型MOSMOS管可以在管可以在ugs正負電壓正負電壓下工作，而結型管下工作，而結型管 僅在僅在ugsIDSS， 而結型管只能而結型管只能ID IDSS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(NDSGSDS

5、GSDSGSDSGSDSGSDSGS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，溝道結型場效應管uuuuuuuuuuuu場效應管的分類：1)1)夾斷電壓夾斷電壓UGS(off)： 漏極電流約為零時的漏極電流約為零時的uGS值值 。3) 3) 飽和漏極電流飽和漏極電流IDSS：uGS=0時對應的漏極電流。時對應的漏極電流。三、場效應管的主要參數三、場效應管的主要參數2）開啟電壓）開啟電壓UGS（th）：）：僅適用于增強型，使僅適用于增強型，使iD0所需最小的所需最小的 g、s間電壓間電壓。4 4) 直流輸入電阻直流輸入電阻RGS： 對于結型場效應三極管，反偏時對于結型場效

6、應三極管，反偏時RGS約大于約大于10107。1 1、直流參數、直流參數1) 1) 輸出電阻輸出電阻rd：GSDDSdVivr 2 2、交流參數、交流參數2) 2) 低頻跨導低頻跨導gm： DSGSDmVvig 時）（當）（）（）（0uUU)Uu1 (2GSoffGSoffGSoffGSGSDSSmIg或或 低頻跨導反映了低頻跨導反映了vGS對對iD的控制作用。的控制作用。gm 可以在轉移特性曲線上求得，單位是可以在轉移特性曲線上求得，單位是mS(毫西門子毫西門子)。2)2) 最大漏源電壓最大漏源電壓：U(BR)DS3) 3) 最大柵源電壓最大柵源電壓：U(BR)GS1) 1) 最大漏極電流：

7、最大漏極電流：IDM4) 4) 最大漏極功耗最大漏極功耗PDM：DDSivP DM3 3、極限參數、極限參數為保證場效應管工作在恒流區(qū)，在為保證場效應管工作在恒流區(qū)，在g-sg-s、d-sd-s間加極性合適的電源間加極性合適的電源3.3 3.3 場效應管靜態(tài)工作點的設置方法場效應管靜態(tài)工作點的設置方法場效應管放大電路：場效應管放大電路： 共源共源(S)、共漏、共漏(d)、共柵、共柵(g) 共射共射(e)、共集共集(c)、共基共基(b) 。正常工作條件：正常工作條件：VGGUGS(th)VDD作用：作用：保證保證d d、s s間電壓大于預夾斷電壓間電壓大于預夾斷電壓為負載提供能源為負載提供能源R

8、d作用：作用：將變化的將變化的iD轉變?yōu)殡妷恨D變?yōu)殡妷篣DS，實現電壓放大。，實現電壓放大。dDQDDDSQ2GS(th)GGDODQGSQ)1(RIVUUVIIVUGG 靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：公式法：公式法：DSQDQGSQUIU，確定確定2(1)GSQDDSSGS(off)QUIIU)(sdDQDDDSQRRIVU 所以稱為自給偏壓電路所以稱為自給偏壓電路哪種場效應管能夠采用這種哪種場效應管能夠采用這種電路形式設置電路形式設置Q Q點？點？一、自給偏壓電路一、自給偏壓電路 1 1、公式法、公式法由于結型管正常工作時必須由于結型管正常工作時必須ugs0由圖知靜態(tài)由圖知靜態(tài)ui=0時時Ig=0，

9、即，即URg=0IgIDGSgsDsUVVI R 所以所以自己產生的自己產生的GSQDQsUIR 2 2、圖解法、圖解法)(sdDDDDSRRiVu sDGSRiU QQIDQUGSQUDSQ輸出回路負載線輸出回路負載線輸入回路負載線輸入回路負載線sDQSQDDg2g1g1AQGQRIUVRRRUU 2TGSQDODQ) 1(UUII)(sdDQDDDSQRRIVU 為什么加為什么加Rg3?其數值應大些小些？其數值應大些小些？哪種場效應管能夠采用這種電路形式設置哪種場效應管能夠采用這種電路形式設置Q點？點？二、分壓式偏壓電路二、分壓式偏壓電路 典型的典型的Q Q穩(wěn)定電路穩(wěn)定電路g1GSQDDD

10、Qsg1g2RUVIRRR求求Q Q點點根據根據i iD D的表達式或轉移特性可求得的表達式或轉移特性可求得gm。與晶體管的與晶體管的h參數等效模型類似：參數等效模型類似：一、場效應管的交流等效模型一、場效應管的交流等效模型3.4 3.4 場效應管放大電路的動態(tài)分析場效應管放大電路的動態(tài)分析說明說明: :(1)(1)以結型、增強型為例以結型、增強型為例ig=0，所以所以g g、s s間斷開，但間斷開，但ugs0(2)(2)小信號工作時，在恒流區(qū)小信號工作時，在恒流區(qū) （常數）用受控源等效。（常數）用受控源等效。DSDmGSUigu(3)(3)在線性區(qū)在線性區(qū)DSdsDurI 若若Rd=3k，

11、Rg=5k， gm=2mS，則則 ? uA二、基本共源放大電路的動態(tài)分析二、基本共源放大電路的動態(tài)分析doidmgsddioRRRRgURIUUAu 1 1、固定偏置電路、固定偏置電路(與共射電路比較。與共射電路比較。)總結：總結： (2) (2)盡管輸入電阻可以達盡管輸入電阻可以達，但，但A Au u卻僅有卻僅有1010倍級左右。倍級左右。(1)(1)共源與共射均為反相放大電路。共源與共射均為反相放大電路。2 2、分壓式偏置電路、分壓式偏置電路do213mgsddio /)/(RRRRRRRgURRIUUAgggiLLu 解解：（：（1 1）畫微變等效電路畫微變等效電路（2 2）求各量值求各

12、量值有旁路電容時：有旁路電容時：無旁路電容時：無旁路電容時：do213mgsddio /1 )/(RRRRRRRgRgRUgURRIUUAgggismLsgsmLu do213mgsddio /)/(RRRRRRRgURRIUUAgggiLLu 總結：總結：(2)(2)此電路中此電路中C C可以用無極性電容?？梢杂脽o極性電容。 如果負載小時，如果負載小時，C2要用有極性電容，以減小要用有極性電容，以減小C2上的分壓上的分壓(1)(1)Rg3作用：進一步提高輸入電阻，對直流無影響。作用：進一步提高輸入電阻，對直流無影響。somsigssmsi1mgsumgsg U RUg RAUUg U Rg

13、RR 若若Rs=3k，gm=2mS，則，則? uA（與共集電路比較）（與共集電路比較）三、基本共漏放大電路的動態(tài)分析三、基本共漏放大電路的動態(tài)分析輸出電阻的分析輸出電阻的分析msomsooooo1gRUgRUUIUR 若若Rs=3k，gm=2mS，則，則Ro=?加壓求流法：加壓求流法：Ro428與共集電路類似：與共集電路類似： （1 1）U U0 0與與U Ui i同相。同相。（2 2）Au1。（3 3）R0較小較小，可以作為多級放大電路的輸出級，可以作為多級放大電路的輸出級復合管的組成：復合管的組成：多個管子合理連接等效成一個管子。多個管子合理連接等效成一個管子。21 )1)(1(211BE

14、 ii 不同類型的管子復合后，不同類型的管子復合后，其類型決定于其類型決定于T1管。管。21 目的：目的：增大增大，減小前級驅動電流，改變管子的類型。，減小前級驅動電流，改變管子的類型。iB方向決定復方向決定復合管的類型合管的類型3.5 復合管復合管 工作中常需要工作中常需要很高達上千倍，若用單管則電路很高達上千倍，若用單管則電路穩(wěn)定性較差，所以采用復合管穩(wěn)定性較差，所以采用復合管。211bebe)1(berrr 復合管的組成原則復合管的組成原則: : (1) (1) 在合適的外加電壓下，每只管子的電流都有合適的通在合適的外加電壓下，每只管子的電流都有合適的通路，且均工作在放大區(qū)或恒流區(qū)；路，

15、且均工作在放大區(qū)或恒流區(qū)； (2) (2) 為了實現電流放大，應將第一只管的集電極（漏極）為了實現電流放大，應將第一只管的集電極（漏極）或發(fā)射極（源極）電流作為第二只管子的基極電流?；虬l(fā)射極（源極）電流作為第二只管子的基極電流。 總之，由于晶體管構成的復合管有很高的電流放大系總之，由于晶體管構成的復合管有很高的電流放大系數，所以只需要很小的輸入驅動基極電流，便可獲得很大數，所以只需要很小的輸入驅動基極電流，便可獲得很大的集電極（或發(fā)射極）電流的集電極（或發(fā)射極）電流。 在合適的外加電壓下，每只管子的電流都有合適的通在合適的外加電壓下，每只管子的電流都有合適的通路，才能組成復合管。路，才能組成復

16、合管。討論一：判斷下列各圖是否能組成復合管討論一：判斷下列各圖是否能組成復合管（）（）（）（）（）（）Ri=? Ro=?)(1()1(Le2be21be1biRRrrRR 21sbbe1be2eo11 RRrrRR討論二：求下圖的輸入電阻和輸出電阻討論二：求下圖的輸入電阻和輸出電阻放大電路的選用：放大電路的選用：按下列要求組成兩級放大電路：按下列要求組成兩級放大電路： Ri12k，Au 的數值的數值3000； Ri 10M，Au的數值的數值300； Ri100200k，Au的數值的數值150； Ri 10M ，Au的數值的數值10，Ro100。共源、共集。共源、共集。補充：各種放大器件電路性能

17、比較補充：各種放大器件電路性能比較共射、共射；共射、共射；共源、共射；共源、共射；共集、共射；共集、共射；3.6 多級放大電路多級放大電路多級放大電路作用：多級放大電路作用：輸入輸入輸出輸出多級放大電路引入：多級放大電路引入：RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+80K1K3K40K1K3K已知已知rbe=1.2K，=50，求，求AVO、AV、AVS解：解：62 5(/).CLVbeRRAr 125CVObeRAr 34iVSViSRAARR 分析：分析：分別在不帶負載、帶負載、考慮信號源內阻時，放大分別在不帶負載、帶負載、考慮信號源內阻時，放大倍倍 數大大降低。數大

18、大降低。解決方法：解決方法：采用多級放大電路。采用多級放大電路?？蛰d時空載時考慮信號源內阻時考慮信號源內阻時RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+80K1K3K40K1K3K+C2+RB82KRE13KRB382KRE23K改進電路：改進電路：已知已知rbe1=rbe3= 1.5K，1=3= 50，求，求AVO、AV、AVS1110 96611L1be1L1().VRArR（）232125c2be2(/)iVRRAr 333110 98L3be3L3().VRArR（）130iBbeL/()rRrRKiVsSi118VRAARR V123118VVVAAAA 既是第一

19、級的集電極電阻，既是第一級的集電極電阻，又是第二級的基極電阻又是第二級的基極電阻特點：特點：能夠放大變化緩慢的能夠放大變化緩慢的信號，便于集成化，信號，便于集成化， Q Q點相點相互影響，互影響，存在零點漂移現象。存在零點漂移現象。零漂的原因：零漂的原因：當輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起當輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。的電流、電位的變化會逐級放大。第二級第二級第一級第一級1 1、直接耦合、直接耦合輸入為零，輸出產生變化輸入為零，輸出產生變化的現象稱為的現象稱為零點漂移零點漂移一、多級放大電路的靜態(tài)分析一、多級放大電路的靜態(tài)分析ReQ1合適嗎合適嗎？對哪

20、些動態(tài)參對哪些動態(tài)參數產生影響？數產生影響？ 用什么元件取代用什么元件取代Re既可設置合適的既可設置合適的Q點，又可使第二點，又可使第二級放大倍數不至于下降太大？級放大倍數不至于下降太大？二極管導通電壓二極管導通電壓U UD D小，動態(tài)電阻小，動態(tài)電阻r rd d小，靜動態(tài)均解決小，靜動態(tài)均解決直接耦合特點：直接耦合特點：UCE1=UBE2=0.7V，則則T1 的的Q點太低，已進入飽和區(qū)。點太低，已進入飽和區(qū)。解決方法：解決方法：接接RE：靜態(tài)可解決，但動態(tài)靜態(tài)可解決，但動態(tài)A AV V損失大。損失大。接接D： UCEQ1太小太小加加Re（Au2數值數值）改用改用D若要若要UCEQ1大大，則改

21、用，則改用DZ。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管伏安特性伏安特性限流電阻限流電阻rzu /i，小功率管多為幾歐至二十幾歐。，小功率管多為幾歐至二十幾歐。若要使若要使UCEQ15V，采用什么方式解決？，采用什么方式解決？舉例：直接耦合兩級放大電路，靜態(tài)工作點的求解。舉例：直接耦合兩級放大電路，靜態(tài)工作點的求解。特點：特點：Q Q點相互獨立點相互獨立。 不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差， 不能集成化。不能集成化。共射電路共射電路共集電路共集電路有零點漂移嗎？有零點漂移嗎？ 利用電容連接信號利用電容連接信號源與放大電路、放大源與放大電路、放大電路的前后級、放大電路的前后級、放大電路與負載，稱為電路與負載，稱為阻阻容耦