MOS場效應(yīng)管放大電路

§5.3場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管的源極、柵極和漏極分別對應(yīng)于晶體管的射極、基極和集電極。與晶體管的共射、共基和共集三種組態(tài)相對應(yīng)，場效應(yīng)管也有共源、共柵和共漏三種組態(tài)?，F(xiàn)在是1頁\一共有57頁\編輯于星期一§5.3場效應(yīng)管放大電路一、場效應(yīng)管的偏置電路二、場效應(yīng)管靜態(tài)工作點的確定三、場效應(yīng)管的動態(tài)分析四、場效應(yīng)管三種組態(tài)放大性能的比較五、應(yīng)用舉例現(xiàn)在是2頁\一共有57頁\編輯于星期一一、場效應(yīng)管的偏置電路與晶體管放大器類似，靜態(tài)工作點的設(shè)置對放大器的性能至關(guān)重要。在場效應(yīng)管放大器中，由于結(jié)型場效應(yīng)管與耗盡型MOS場效應(yīng)管的uGS=0時，iD0，故可以采用自偏壓方式，如圖所示：現(xiàn)在是3頁\一共有57頁\編輯于星期一一、場效應(yīng)管的偏置電路

在靜態(tài)時，場效應(yīng)管柵極電流為零，因此柵極電壓為零；而漏極電流不為零，必然在源極電阻上產(chǎn)生壓降，使柵源電壓為負(fù)，獲得合適的工作點?，F(xiàn)在是4頁\一共有57頁\編輯于星期一一、場效應(yīng)管的偏置電路

對于增強(qiáng)型MOSFET，由于uGS=0時，iD=0，故一定要采用分壓式偏置或混合式偏置方式，如圖所示：現(xiàn)在是5頁\一共有57頁\編輯于星期一一、場效應(yīng)管的偏置電路現(xiàn)在是6頁\一共有57頁\編輯于星期一二、場效應(yīng)管靜態(tài)工作點的確定1、圖解法

在場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線上做出柵源回路直流負(fù)載線的方程，其交點即為工作點。現(xiàn)在是7頁\一共有57頁\編輯于星期一二、場效應(yīng)管靜態(tài)工作點的確定對于（a)圖，Q1為JFET的工作點，Q2為耗盡型MOSFET的工作點；對于（b)圖，Q1為JFET的工作點，Q2為耗盡型MOSFET的工作點，Q3增強(qiáng)型MOSFET的工作點?，F(xiàn)在是8頁\一共有57頁\編輯于星期一二、場效應(yīng)管靜態(tài)工作點的確定2、解析法

⑴耗盡型場效應(yīng)管的電流方程為：把它在靜態(tài)時的表達(dá)式與柵源間靜態(tài)電壓的表達(dá)式聯(lián)立即可求出IDQ和UDSQ：現(xiàn)在是9頁\一共有57頁\編輯于星期一二、場效應(yīng)管靜態(tài)工作點的確定⑵增強(qiáng)型場效應(yīng)管的電流方程為：

把它在靜態(tài)時的表達(dá)式與柵源間靜態(tài)電壓的表達(dá)式聯(lián)立即可求出IDQ和UDSQ：現(xiàn)在是10頁\一共有57頁\編輯于星期一二、場效應(yīng)管靜態(tài)工作點的確定

把下式代入上式，解關(guān)于iD的二次方程，有兩個根，舍去不合理的一個根，留下合理的一個根便是IDQ。而現(xiàn)在是11頁\一共有57頁\編輯于星期一三、場效應(yīng)管的動態(tài)分析1、場效應(yīng)管的小信號等效模型2、共源放大電路的分析3、共漏放大電路的分析4、共柵放大電路的分析現(xiàn)在是12頁\一共有57頁\編輯于星期一場效應(yīng)管的低頻小信號等效模型

與晶體管模型的導(dǎo)出相類似，iD是uGS和uDS的函數(shù)：

iD=f(uGS，uDS）研究動態(tài)信號時用全微分表示：現(xiàn)在是13頁\一共有57頁\編輯于星期一場效應(yīng)管的低頻小信號等效模型定義：當(dāng)信號較小時，管子的電壓、電流僅在Q點附近變化，可以認(rèn)為是線形的，gm與rds近似為常數(shù)，用有效值表示：現(xiàn)在是14頁\一共有57頁\編輯于星期一場效應(yīng)管的低頻小信號等效模型由此式可畫出場效應(yīng)管的低頻小信號等效模型：可見場效應(yīng)管的低頻小信號等效模型比晶體管還要簡單?，F(xiàn)在是15頁\一共有57頁\編輯于星期一場效應(yīng)管的低頻小信號等效模型

可以從場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性曲線上求出gm與rds：⑴由轉(zhuǎn)移特性曲線可知，gm是uDS=UDSQ那條曲線上Q點處的導(dǎo)數(shù)。由于gm是輸出回路電流與輸入回路電壓之比，所以稱為跨導(dǎo)。現(xiàn)在是16頁\一共有57頁\編輯于星期一場效應(yīng)管的低頻小信號等效模型⑵由輸出特性曲線可知，rds是uGS=UGSQ這條曲線上Q點處斜率的倒數(shù)，描述曲線上翹的程度?，F(xiàn)在是17頁\一共有57頁\編輯于星期一場效應(yīng)管的低頻小信號等效模型由于rds的值很大，可以忽略，得到簡化的等效模型：現(xiàn)在是18頁\一共有57頁\編輯于星期一場效應(yīng)管的低頻小信號等效模型對增強(qiáng)型MOS管，可用電流方程求出gm的表達(dá)式：現(xiàn)在是19頁\一共有57頁\編輯于星期一場效應(yīng)管的低頻小信號等效模型增強(qiáng)型MOS管在小信號作用時，可用IDQ代替iD，得出：現(xiàn)在是20頁\一共有57頁\編輯于星期一場效應(yīng)管的低頻小信號等效模型

對耗盡型MOS管，同樣可用電流方程作類似的推導(dǎo)求出gm的表達(dá)式，電流方程和推導(dǎo)如下：現(xiàn)在是21頁\一共有57頁\編輯于星期一場效應(yīng)管的低頻小信號等效模型耗盡型MOS管在小信號作用時，可用IDQ代替iD，得出：現(xiàn)在是22頁\一共有57頁\編輯于星期一場效應(yīng)管的高頻等效模型

場效應(yīng)管各極之間同樣也存在電容，因而其高頻響應(yīng)與晶體管類似。根據(jù)結(jié)構(gòu)可得高頻模型如下：

現(xiàn)在是23頁\一共有57頁\編輯于星期一場效應(yīng)管的高頻等效模型大多數(shù)場效應(yīng)管的參數(shù)如下表：現(xiàn)在是24頁\一共有57頁\編輯于星期一場效應(yīng)管的高頻等效模型

從表中可以看出，rgs和rds數(shù)值很大，可以忽略；跨接在g~d之間的電容Cgd可以用與晶體管分析相同的方法折合到輸入和輸出回路：

現(xiàn)在是25頁\一共有57頁\編輯于星期一場效應(yīng)管的高頻等效模型由于輸出回路的時間常數(shù)比輸入回路小得多，可忽略的影響，綜上所述，可得簡化模型:現(xiàn)在是26頁\一共有57頁\編輯于星期一⑴電路結(jié)構(gòu)2、共源放大電路的分析現(xiàn)在是27頁\一共有57頁\編輯于星期一2、共源放大電路的分析⑵交流分析先畫出交流通路：現(xiàn)在是28頁\一共有57頁\編輯于星期一2、共源放大電路的分析⑵交流分析再畫出交流等效電路：現(xiàn)在是29頁\一共有57頁\編輯于星期一再根據(jù)等效電路計算交流性能：①電壓放大倍數(shù)

電壓放大倍數(shù)為負(fù)值，說明輸出電壓與輸入電壓反相。

2、共源放大電路的分析現(xiàn)在是30頁\一共有57頁\編輯于星期一2、共源放大電路的分析

如果有信號源內(nèi)阻RS時：

②輸入電阻

Ri=

=Rg1∥Rg2③輸出電阻

RO=RD現(xiàn)在是31頁\一共有57頁\編輯于星期一3、共漏放大電路的分析⑴電路結(jié)構(gòu)一個共漏放大器的電路圖如下：現(xiàn)在是32頁\一共有57頁\編輯于星期一3、共漏放大電路的分析⑵交流分析先畫出交流通路：現(xiàn)在是33頁\一共有57頁\編輯于星期一3、共漏放大電路的分析⑵交流分析再畫出交流等效電路：現(xiàn)在是34頁\一共有57頁\編輯于星期一3、共漏放大電路的分析再根據(jù)等效電路計算交流性能：①電壓放大倍數(shù)：現(xiàn)在是35頁\一共有57頁\編輯于星期一3、共漏放大電路的分析電壓放大倍數(shù)為正值，表示輸出電壓與輸入電壓同相?，F(xiàn)在是36頁\一共有57頁\編輯于星期一3、共漏放大電路的分析②輸入電阻：現(xiàn)在是37頁\一共有57頁\編輯于星期一3、共漏放大電路的分析③輸出電阻：Us置零后，電路輸入部分無電流流過，所以g點電壓與d點相同現(xiàn)在是38頁\一共有57頁\編輯于星期一4、共柵放大電路的分析⑴電路結(jié)構(gòu)一個共柵放大器的電路圖如下：現(xiàn)在是39頁\一共有57頁\編輯于星期一4、共柵放大電路的分析⑵交流性能分析先畫出交流通路：現(xiàn)在是40頁\一共有57頁\編輯于星期一4、共柵放大電路的分析⑵交流性能分析再畫出交流等效電路：現(xiàn)在是41頁\一共有57頁\編輯于星期一再根據(jù)等效電路計算交流性能：4、共柵放大電路的分析現(xiàn)在是42頁\一共有57頁\編輯于星期一四、場效應(yīng)管三種組態(tài)放大性能的比較現(xiàn)在是43頁\一共有57頁\編輯于星期一五、應(yīng)用舉例例1、電路如圖。已知UGS(off)=-4V，IDSS=1mA，VDD=16V，RG1=160K，RG4=40K，RG=1M，RD=10K，RS=8K，RL=1M，試計算：

1、靜態(tài)工作點Q；

2、輸入電阻Ri和輸出電阻RO；

3、電壓放大倍數(shù)?，F(xiàn)在是44頁\一共有57頁\編輯于星期一五、應(yīng)用舉例解：1、計算靜態(tài)工作點Q現(xiàn)在是45頁\一共有57頁\編輯于星期一五、應(yīng)用舉例現(xiàn)在是46頁\一共有57頁\編輯于星期一五、應(yīng)用舉例現(xiàn)在是47頁\一共有57頁\編輯于星期一五、應(yīng)用舉例2、計算輸入電阻Ri和輸出電阻RO現(xiàn)在是48頁\一共有57頁\編輯于星期一五、應(yīng)用舉例3、計算電壓放大倍數(shù)?，F(xiàn)在是49頁\一共有57頁\編輯于星期一五、應(yīng)用舉例

例2、電路如圖。已知場效應(yīng)管的UGS(off)=-4V，IDSS=2mA，VDD=15V，RG=1M，RL=1M，RS=8K，試計算：

1、靜態(tài)工作點Q；

2、輸入電阻Ri和輸出電阻RO；

3、電壓放大倍數(shù)?，F(xiàn)在是50頁\一共有57頁\編輯于星期一五、應(yīng)用舉例解：1、計算靜態(tài)工作點Q現(xiàn)在是51頁\一共有57頁\編輯于星期一五、應(yīng)用舉例現(xiàn)在是52頁\一共有57頁\編輯于星期一五、應(yīng)用舉例現(xiàn)在是53頁\一共有57頁\編輯于星期一五、應(yīng)用舉例2、計算輸入電阻Ri和輸出電阻RO現(xiàn)在是54頁\一共有57頁\編輯于星期一五、應(yīng)用舉例3、計算電壓放大倍數(shù)?，F(xiàn)在是55頁\一共有57頁\編輯于星期一注意事項(1)在使用場效應(yīng)管時，要注意漏源電壓UDS、漏源電流ID、柵源電壓UGS及耗散功率等值不能超過最大允許值。(2)場效應(yīng)管從結(jié)構(gòu)上看漏源兩極是對稱的，可以互相調(diào)用，但有些產(chǎn)品制作時已將襯底和源極在內(nèi)部連在一起，這時漏源兩極不能對換用。(3)結(jié)型場效應(yīng)管的柵源電壓UGS不能加正向電壓，因為它工作在反偏狀態(tài)。通常各極在開路狀態(tài)下保存?，F(xiàn)在是56頁\一共有