《模擬電子技術(shù)》場效應(yīng)管放大器與單管放大總結(jié)

第二章3

場效應(yīng)管放大電路

單管放大器總結(jié)單管放大器總結(jié)場效應(yīng)管的分類（P49）按工藝結(jié)構(gòu)分兩類：結(jié)型和絕緣柵型（MOS）按溝道材料分兩類：N溝道和P溝道按導(dǎo)電方式分兩類：耗盡型與增強(qiáng)型。共有6類：結(jié)型管只有耗盡型：結(jié)型耗盡型N溝道結(jié)型耗盡型P溝道絕緣柵型（MOS）既有耗盡型，又有增強(qiáng)型：N溝道耗盡型N溝道增強(qiáng)型；P溝道耗盡型P溝道增強(qiáng)型123456增強(qiáng)型:UG=0,ID=0(類電子管)均為耗盡型耗盡型:UG=0,ID≠0(類PN結(jié))類PN結(jié)場效應(yīng)三極管型號命名方法(兩種)第一種命名方法（與雙極型三極管相同）：第三位字母J代表結(jié)型場效應(yīng)管，O代表絕緣柵場效應(yīng)管。第二位字母代表材料，D是P型硅N溝道；C是N型硅P溝道。 例如,3DJ6D是結(jié)型P溝道場效應(yīng)三極管，3DO6C是絕緣柵型N溝道場效應(yīng)三極管。第二種命名方法（CS××#）：CS代表場效應(yīng)管，××以數(shù)字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規(guī)格。例如CS14A、CS45G等場效應(yīng)管的參數(shù)1、IDSS—飽和漏源電流：柵極電壓UGS=0時的漏源電流（結(jié)型或耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管）2、UP—夾斷電壓：漏-源間剛截止時的柵極電壓（結(jié)型或耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管）3、UT—開啟電壓：漏源間剛導(dǎo)通時的柵極電壓（增強(qiáng)型絕緣柵場效管）4、gM—跨導(dǎo)：柵源電壓UGS

對漏極電流ID的控制能力（即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值）。是衡量場效應(yīng)管放大能力的重要參數(shù)。5、BUDS—漏源擊穿電壓（極限參數(shù)）：柵源電壓UGS一定時，場效應(yīng)管正常工作所能承受的最大漏-源電壓。（重要極限參數(shù)：場效應(yīng)管的工作電壓必須小于BUDS?。?、PDSM—最大耗散功率（極限參數(shù)）：令場效應(yīng)管性能正常所允許的最大漏-源耗散功率。（場效應(yīng)管實際功耗應(yīng)小于PDSM并留有一定余量?。?、IDSM—最大漏源電流（極限參數(shù)）：場效應(yīng)管正常工作時，漏源間所允許通過的最大電流（場效應(yīng)管的工作電流不允許超過IDSM）。一、場效應(yīng)管（以結(jié)型N溝道為例）

場效應(yīng)管有三個極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d），對應(yīng)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(yīng)于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。1.結(jié)型場效應(yīng)管符號結(jié)構(gòu)示意圖柵極漏極源極導(dǎo)電溝道單極型器件∶噪聲小、抗輻射能力強(qiáng)、低電壓工作柵-源電壓對導(dǎo)電溝道寬度的控制作用溝道最寬溝道變窄溝道消失稱為夾斷

uGS可以控制導(dǎo)電溝道的寬度。為什么g-s必須加負(fù)電壓？UGS（off）漏-源電壓對漏極電流的影響uGS＞UGS（off）且不變，VDD增大，iD增大。預(yù)夾斷uGD＝UGS（off）

VDD的增大，幾乎全部用來克服溝道的電阻，iD幾乎不變，進(jìn)入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定于uGS。場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件是什么？uGD>UGS（off）uGD<UGS（off）夾斷電壓漏極飽和電流轉(zhuǎn)移特性場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，因而uGS＞UGS（off）且uGD＜UGS（off）。uDG＞－UGS（off）g-s電壓控制d-s的等效電阻輸出特性預(yù)夾斷軌跡，uGD＝UGS（off）可變電阻區(qū)恒流區(qū)iD幾乎僅決定于uGS擊穿區(qū)夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓IDSSΔiD不同型號的管子UGS（off）、IDSS將不同。低頻跨導(dǎo)：跨導(dǎo)乃電阻的倒數(shù)，毫安/伏（MA/V）與毫西（mS）表示的是一樣的量綱

2.絕緣柵型場效應(yīng)管

uGS增大，反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚變長。當(dāng)反型層將兩個N區(qū)相接時，形成導(dǎo)電溝道。SiO2絕緣層襯底耗盡層空穴高摻雜反型層增強(qiáng)型管大到一定值才開啟增強(qiáng)型MOS管uDS對iD的影響

用場效應(yīng)管組成放大電路時應(yīng)使之工作在恒流區(qū)。N溝道增強(qiáng)型MOS管工作在恒流區(qū)的條件是什么？

iD隨uDS的增大而增大，可變電阻區(qū)

uGD＝UGS（th）,預(yù)夾斷

iD幾乎僅僅受控于uGS，恒流區(qū)剛出現(xiàn)夾斷uGS的增大幾乎全部用來克服夾斷區(qū)的電阻耗盡型MOS管

耗盡型MOS管在

uGS＞0、

uGS

＜0、

uGS

＝0時均可導(dǎo)通，且與結(jié)型場效應(yīng)管不同，由于SiO2絕緣層的存在，在uGS＞0時仍保持g-s間電阻非常大的特點(diǎn)。加正離子小到一定值才夾斷uGS=0時就存在導(dǎo)電溝道MOS管的特性1)增強(qiáng)型MOS管2)耗盡型MOS管開啟電壓夾斷電壓利用Multisim測試場效應(yīng)管的輸出特性從輸出特性曲線說明場效應(yīng)管的哪些特點(diǎn)？場效應(yīng)管

放大電路3.場效應(yīng)管的分類

工作在恒流區(qū)時g-s、d-s間的電壓極性耗盡型柵極可反偏(可正偏)均有ID：UG=0,ID≠0漏極加正電壓漏極加負(fù)電壓類NPN管類PNP管增強(qiáng)型柵極須正偏反偏無ID：UG=0,ID=0二、場效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)在柵g-源s間加?xùn)牌珘篤GS在漏d-源s間加正電壓VDS柵極輸入的信號電壓ui將會被放大gm倍（跨導(dǎo)）即漏極輸出電壓VDS和電流ID被柵極電壓VGS控制1.基本共源放大電路原理VGSVDSgmIDg-s電壓控制d-s的等效電阻輸出特性預(yù)夾斷軌跡，uGD＝UGS（off）可變電阻區(qū)恒流區(qū)iD幾乎僅決定于uGS擊穿區(qū)夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓IDSSΔiD不同型號的管子UGS（off）、IDSS將不同。低頻跨導(dǎo)：跨導(dǎo)乃電阻的倒數(shù)，單位：毫安/伏（mA/V）（又稱：毫西（mS），表示相同的量綱）g-s電壓控制d-s的等效電阻即飽和區(qū)輸出特性預(yù)夾斷軌跡，uGD＝UGS（off）可變電阻區(qū)恒流區(qū)iD幾乎僅決定于uGS即放大區(qū)擊穿區(qū)夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓IDSSΔiD不同型號的管子UGS（off）、IDSS將不同?？鐚?dǎo)（放大倍數(shù)）：跨導(dǎo)乃電阻的倒數(shù)，單位：毫安/伏（mA/V）（又稱：毫西（mS），表示相同的量綱）MOS管的特性1)增強(qiáng)型MOS管2)耗盡型MOS管開啟電壓夾斷電壓MOS管的特性2)耗盡型MOS管夾斷電壓QQiDUGSUDS2.自給偏壓電路漏極電流ID在源極電阻RS的壓降是柵-源之間的負(fù)偏壓URS稱為自給偏壓自給偏壓URE具有穩(wěn)定工作點(diǎn)的作用IDURs+-3.分壓式偏置電路A點(diǎn)電壓UA即為柵-源電壓UGS因為沒有柵極電流，Rg3上便沒有電壓降故：UGS=URg1所以Rg3的阻值可以很大，以提高輸入阻抗（從而提高電壓放大倍數(shù)）UGS=VDD?Rg1/(Rg1+Rg2)即典型的Q點(diǎn)穩(wěn)定電路UAUGSCMOS放大器

授課結(jié)束單管放大器

總結(jié)性能指標(biāo)信號源信號源內(nèi)阻輸入電壓輸入電流輸出電壓輸出電流輸入電壓Ui：輸入信號源Us在放大電路內(nèi)阻Ri上的電壓降輸出電壓Uo：放大產(chǎn)生的輸出信號電流Io，在負(fù)載上的電壓降1.放大倍數(shù)：輸出量與輸入量之比最常用參數(shù)（常測）輸入電壓：輸入信號源Us在放大電路內(nèi)阻Ri上的電壓降輸入電流電壓放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)互阻放大倍數(shù)互導(dǎo)放大倍數(shù)阻抗電導(dǎo)信號源信號源內(nèi)阻輸入電壓：輸入信號源Us在放大電路內(nèi)阻Ri上的電壓降輸入電流2.輸入電阻和輸出電阻輸出電阻：將輸出信號等效成有內(nèi)阻的電壓源，內(nèi)阻Ro就是輸出電阻。輸入等效電阻：輸入電壓與輸入電流有效值之比：輸入電阻：從輸入端看進(jìn)去的等效電阻輸出等效電阻：空載電壓U’O減去有載電壓UO除以輸出電流iO

：輸出電流io2.電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻輸入電阻中不應(yīng)含有Rs!輸出電阻中不應(yīng)含有RL!簡化的h參數(shù)等效電路－交流等效模型查閱手冊基區(qū)體電阻發(fā)射結(jié)電阻發(fā)射區(qū)體電阻數(shù)值小可忽略利用PN結(jié)的電流方程可求得由IEQ算出在輸入特性曲線上，Q點(diǎn)越高，rbe越小！3.通頻帶：原理：由于寄生電感、電容（布線電感、電容及放大管PN結(jié)的電容效應(yīng)等）使放大電路在較低頻率和較高頻率時電壓放大倍數(shù)均會下降，并會產(chǎn)生相移。放大量較大的是中間頻率。不低于中間頻率放大倍數(shù)0.707倍的頻率帶，稱通頻帶。功能：衡量放大電路對不同頻率信號的適應(yīng)能力。下限頻率上限頻率電路的串聯(lián)電容影響電路的并聯(lián)電容影響通頻帶4.最大不失真輸出電壓Uom：交流有效值。5.最大輸出功率Pom和效率η：功率放大電路的參數(shù)

Uom=Upp/√2 【電壓峰值/2的平方根】，或者：Uom=Uppx0.707或者：Uom=Upp÷1.414【與交流電壓整流成直流電壓的原理、公式相同】最大輸出功率Pom=Uom.Iom

電壓.電流效率η=PV

/Pom

電源輸出功率/放大器輸出功率讀作：yi

ta，希臘字母電源耗散功率復(fù)習(xí)一1.將圖中的NPN型晶體管共射放大電路改為PNP型晶體管共射放大電路。2.畫出電路的直流通路和交流通路。復(fù)習(xí)一1.將圖中的NPN型晶體管共射放大電路改為PNP型晶體管共射放大電路。2.畫出電路的直流通路和交流通路。復(fù)習(xí)一1.將圖中的NPN型晶體管共射放大電路改為PNP型晶體管共射放大電路。2.畫出電路的直流通路和交流通路。復(fù)習(xí)一等效電路法半導(dǎo)體器件的非線性特性使放大電路的分析復(fù)雜化。利用線性元件建立模型，來描述非線性器件的特性。1.直流模型：適于Q點(diǎn)的分析理想二極管利用估算法求解靜態(tài)工作點(diǎn)，實質(zhì)上利用了直流模型。輸入回路等效為恒壓源輸出回路等效為電流控制的電流源2.晶體管的h參數(shù)等效模型（交流等效模型）在交流通路中可將晶體管看成為一個二端口網(wǎng)絡(luò)，輸入回路、輸出回路各為一個端口。低頻小信號模型在低頻、小信號作用下的關(guān)系式交流等效模型（按式子畫模型）電阻(系數(shù))無量綱(系數(shù))無量綱電導(dǎo)h參數(shù)的物理意義b-e間的動態(tài)電阻電壓反饋系數(shù)電流放大系數(shù)c-e間的電導(dǎo)分清主次，合理近似！什么情況下h12和h22的作用可忽略不計？簡化的h參數(shù)等效電路－交流等效模型查閱手冊基區(qū)體電阻發(fā)射結(jié)電阻發(fā)射區(qū)體電阻數(shù)值小可忽略利用PN結(jié)的電流方程可求得由IEQ算出在輸入特性曲線上，Q點(diǎn)越高，rbe越?。?.放大電路的動態(tài)分析放大電路的交流等效電路動態(tài)分析：阻容耦合共射放大電路的放大倍數(shù)、輸入、輸出阻抗輸入電阻中不應(yīng)含有Rs!輸出電阻中不應(yīng)含有RL!討論一1.在什么參數(shù)、如何變化時Q1→Q2→Q3→Q4？2.從輸出電壓上看，哪個Q點(diǎn)下最易產(chǎn)生截止失真？哪個Q點(diǎn)下最易產(chǎn)生飽和失真？哪個Q點(diǎn)下Uom最大？3.設(shè)計放大電路時，應(yīng)根據(jù)什么選擇VCC？2.空載和帶載兩種情況下Uom分別為多少？在圖示電路中，有無可能在空載時輸出電壓失真，而帶上負(fù)載后這種失真消除？增強(qiáng)電壓放大能力的方法？討論二已知ICQ＝2mA，UCES＝0.7V。

1.在空載情況下，當(dāng)輸入信號增大時，電路首先出現(xiàn)飽和失真還是截止失真？若帶負(fù)載的情況下呢？討論三：基本共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析QIBQ≈35μAUBEQ≈0.65V為什么用圖解法求解IBQ和UBEQ？討論四：阻容耦合共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析討論五：波形分析

失真了嗎？如何判斷？原因？飽和失真§2.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定一、溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響二、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的典型電路三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法一、溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響

所謂Q點(diǎn)穩(wěn)定，是指ICQ和UCEQ在溫度變化時基本不變，這是靠IBQ的變化得來的。若溫度升高時要Q’回到Q，則只有減小IBQT（℃）→β↑→ICQ↑→Q’ICEO↑若UBEQ不變IBQ↑Q’二、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的典型電路

直流通路？Ce為旁路電容，在交流通路中可視為短路1.電路組成2.穩(wěn)定原理為了穩(wěn)定Q點(diǎn)，通常I1>>IB，即I1≈I2；因此基本不隨溫度變化。設(shè)UBEQ＝UBE＋ΔUBE，若UBQ－UBE>>ΔUBE，則IEQ穩(wěn)定。Re的作用T(℃)↑→IC↑→UE↑→UBE↓（UB基本不變）→IB↓→IC↓Re起直流負(fù)反饋作用，其值越大，反饋越強(qiáng)，Q點(diǎn)越穩(wěn)定。關(guān)于反饋的一些概念：將輸出量通過一定的方式引回輸入回路影響輸入量的措施稱為反饋。直流通路中的反饋稱為直流反饋。反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小的稱為負(fù)反饋，反之稱為正反饋。Re有上限值嗎？IC通過Re轉(zhuǎn)換為ΔUE影響UBE溫度升高IC增大，反饋的結(jié)果使之減小3.

Q點(diǎn)分析分壓式電流負(fù)反饋工作點(diǎn)穩(wěn)定電路Rb上靜態(tài)電壓是否可忽略不計？判斷方法：4.動態(tài)分析利?弊?無旁路電容Ce時：如何提高電壓放大能力？減小了放大倍數(shù)穩(wěn)定了放大倍數(shù)三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法引入直流負(fù)反饋溫度補(bǔ)償：利用對溫度敏感的元件，在溫度變化時直接影響輸入回路。例如，Rb1或Rb2采用熱敏電阻。它們的溫度系數(shù)？討論一若采用了措施，則是什么措施？圖示兩個電路中是否采用了措施來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)？§2.5晶體管放大電路的三種接法一、基本共集放大電路二、基本共基放大電路三、三種接法放大電路的比較一、基本共集放大電路1.靜態(tài)分析2.動態(tài)分析：電壓放大倍數(shù)故稱之為射極跟隨器Uo＜Ui2.動態(tài)分析：輸入電阻的分析Ri與負(fù)載有關(guān)！RL帶負(fù)載電阻后從基極看Re，被增大到（1+β）倍2.動態(tài)分析：輸出電阻的分析Ro與信號源內(nèi)阻有關(guān)！3.特點(diǎn)：輸入電阻大，輸出電阻?。恢环糯箅娏?，不放大電壓；在一定條件下有電壓跟隨作用！

令Us為零，保留Rs，在輸出端加Uo，產(chǎn)生Io,。從射極看基極回路電阻，被減小到（1+β）倍二、基本共基放大電路1.靜態(tài)分析2.動態(tài)分析3.特點(diǎn)：輸入電阻小，頻帶寬！只放大電壓，不放大電流！三、三種接法的比較：空載情況下接法共射共集共基

Au大

小于1

大

Aiβ1＋βα

Ri

中

大