場效應(yīng)管放大電路及多級放大電路

1、第三章第三章 場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)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(shù)基礎(chǔ)3.1、結(jié)型場效應(yīng)管（、結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）3.2、金屬、金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管半導(dǎo)體場效應(yīng)管 （MOSFET） 3.3、場效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法、場效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法3.5、復(fù)合管、復(fù)合管3.4、場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析、場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)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(yīng)管及其放大電路場效應(yīng)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(yīng)管：場效應(yīng)管：電壓控制電流元件電壓控制電流元件引入場效應(yīng)管的原因：引入場效應(yīng)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(yīng)管來提高輸入電阻。所以引入場效應(yīng)管來提高輸入電阻。序論序論場效應(yīng)管場效應(yīng)管結(jié)型結(jié)型N溝道溝道（uGS0）P溝道溝道（uGS0, uDS0時(shí)，時(shí)，使溝道中各點(diǎn)與柵極使溝道中各點(diǎn)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(jié)上寬下窄結(jié)上寬下窄預(yù)夾斷預(yù)夾斷(2)uGD=uGS-uDS，隨著隨著uDS增大，增大，uGD變小耗盡層變寬，導(dǎo)電溝變小耗盡層變寬，導(dǎo)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(dāng)繼續(xù)增大，當(dāng)uGD=uGS（Off）時(shí)，為預(yù)時(shí)，為預(yù)夾斷。夾斷。uGDUGS（off）uGDUGS（off）3.1 結(jié)型結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)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(dāng)繼續(xù)增大，當(dāng)uGDuGS（Off）時(shí)，夾斷時(shí)，夾斷加深，此時(shí)加深，此時(shí)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(shí)為大小，此時(shí)為恒流區(qū)。恒流區(qū)

4、。uGD0時(shí)，時(shí)，由于二氧化硅絕緣層則由于二氧化硅絕緣層則ig=0，導(dǎo)電溝，導(dǎo)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(dāng)）當(dāng)ugs0時(shí)，時(shí)，導(dǎo)電溝道變窄，導(dǎo)電溝道變窄，iD變小，當(dāng)變小，當(dāng)ugs=UGS（0ff時(shí)，時(shí)， 出現(xiàn)夾斷區(qū)，出現(xiàn)夾斷區(qū)，iD=0.總結(jié)：總結(jié)：耗盡型耗盡型MOSMOS管可以在管可以在ugs正負(fù)電壓正負(fù)電壓下工作，而結(jié)型管下工作，而結(jié)型管 僅在僅在ugsIDSS， 而結(jié)型管只能而結(jié)型管只能ID IDSS工作在恒流區(qū)時(shí)工作在恒流區(qū)時(shí)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(qiáng)型絕緣柵型，溝道，溝道結(jié)型場效應(yīng)管uuuuuuuuuuuu場效應(yīng)管的分類：1)1)夾斷電壓夾斷電壓UGS(off)： 漏極電流約為零時(shí)的漏極電流約為零時(shí)的uGS值值 。3) 3) 飽和漏極電流飽和漏極電流IDSS：uGS=0時(shí)對應(yīng)的漏極電流。時(shí)對應(yīng)的漏極電流。三、場效應(yīng)管的主要參數(shù)三、場效應(yīng)管的主要參數(shù)2）開啟電壓）開啟電壓UGS（th）：）：僅適用于增強(qiáng)型，使僅適用于增強(qiáng)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(jié)型場效應(yīng)三極管，反偏時(shí)對于結(jié)型場效

6、應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約大于約大于10107。1 1、直流參數(shù)、直流參數(shù)1) 1) 輸出電阻輸出電阻rd：GSDDSdVivr 2 2、交流參數(shù)、交流參數(shù)2) 2) 低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)gm： DSGSDmVvig 時(shí)）（當(dāng)）（）（）（0uUU)Uu1 (2GSoffGSoffGSoffGSGSDSSmIg或或 低頻跨導(dǎo)反映了低頻跨導(dǎo)反映了vGS對對iD的控制作用。的控制作用。gm 可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是可以在轉(zhuǎn)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(shù)、極限參數(shù)為保證場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，在為保證場效應(yīng)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(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法場效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法場效應(yīng)管放大電路：場效應(yīng)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(yù)夾斷電壓間電壓大于預(yù)夾斷電壓為負(fù)載提供能源為負(fù)載提供能源R

8、d作用：作用：將變化的將變化的iD轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷恨D(zhuǎn)變?yōu)殡妷篣DS，實(shí)現(xiàn)電壓放大。，實(shí)現(xiàn)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(yīng)管能夠采用這種哪種場效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置電路形式設(shè)置Q Q點(diǎn)？點(diǎn)？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(jié)型管正常工作時(shí)必須由于結(jié)型管正常工作時(shí)必須ugs0由圖知靜態(tài)由圖知靜態(tài)ui=0時(shí)時(shí)Ig=0，

9、即，即URg=0IgIDGSgsDsUVVI R 所以所以自己產(chǎn)生的自己產(chǎn)生的GSQDQsUIR 2 2、圖解法、圖解法)(sdDDDDSRRiVu sDGSRiU QQIDQUGSQUDSQ輸出回路負(fù)載線輸出回路負(fù)載線輸入回路負(fù)載線輸入回路負(fù)載線sDQSQDDg2g1g1AQGQRIUVRRRUU 2TGSQDODQ) 1(UUII)(sdDQDDDSQRRIVU 為什么加為什么加Rg3?其數(shù)值應(yīng)大些小些？其數(shù)值應(yīng)大些小些？哪種場效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置哪種場效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置Q點(diǎn)？點(diǎn)？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(diǎn)點(diǎn)根據(jù)根據(jù)i iD D的表達(dá)式或轉(zhuǎn)移特性可求得的表達(dá)式或轉(zhuǎn)移特性可求得gm。與晶體管的與晶體管的h參數(shù)等效模型類似：參數(shù)等效模型類似：一、場效應(yīng)管的交流等效模型一、場效應(yīng)管的交流等效模型3.4 3.4 場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析說明說明: :(1)(1)以結(jié)型、增強(qiáng)型為例以結(jié)型、增強(qiáng)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(shí)，在恒流區(qū)小信號工作時(shí)，在恒流區(qū) （常數(shù)）用受控源等效。（常數(shù)）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(dòng)態(tài)分析二、基本共源放大電路的動(dòng)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(jié)：總結(jié)： (2) (2)盡管輸入電阻可以達(dá)盡管輸入電阻可以達(dá)，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(shí)：有旁路電容時(shí)：無旁路電容時(shí)：無旁路電容時(shí)：do213mgsddio /1 )/(RRRRRRRgRgRUgURRIUUAgggismLsgsmLu do213mgsddio /)/(RRRRRRRgURRIUUAgggiLLu 總結(jié)：總結(jié)：(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(fù)載小時(shí)，如果負(fù)載小時(shí)，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(jìn)一步提高輸入電阻，對直流無影響。作用：進(jìn)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(dòng)態(tài)分析三、基本共漏放大電路的動(dòng)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(fù)合管的組成：復(fù)合管的組成：多個(gè)管子合理連接等效成一個(gè)管子。多個(gè)管子合理連接等效成一個(gè)管子。21 )1)(1(211BE

14、 ii 不同類型的管子復(fù)合后，不同類型的管子復(fù)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(qū)動(dòng)電流，改變管子的類型。，減小前級驅(qū)動(dòng)電流，改變管子的類型。iB方向決定復(fù)方向決定復(fù)合管的類型合管的類型3.5 復(fù)合管復(fù)合管 工作中常需要工作中常需要很高達(dá)上千倍，若用單管則電路很高達(dá)上千倍，若用單管則電路穩(wěn)定性較差，所以采用復(fù)合管穩(wěn)定性較差，所以采用復(fù)合管。211bebe)1(berrr 復(fù)合管的組成原則復(fù)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(shí)現(xiàn)電流放大，應(yīng)將第一只管的集電極（漏極）為了實(shí)現(xiàn)電流放大，應(yīng)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。或發(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(gòu)成的復(fù)合管有很高的電流放大系總之，由于晶體管構(gòu)成的復(fù)合管有很高的電流放大系數(shù)，所以只需要很小的輸入驅(qū)動(dòng)基極電流，便可獲得很大數(shù)，所以只需要很小的輸入驅(qū)動(dòng)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(fù)合管。路，才能組成復(fù)

16、合管。討論一：判斷下列各圖是否能組成復(fù)合管討論一：判斷下列各圖是否能組成復(fù)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(shù)值的數(shù)值3000； Ri 10M，Au的數(shù)值的數(shù)值300； Ri100200k，Au的數(shù)值的數(shù)值150； Ri 10M ，Au的數(shù)值的數(shù)值10，Ro100。共源、共集。共源、共集。補(bǔ)充：各種放大器件電路性能

17、比較補(bǔ)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(fù)載、帶負(fù)載、考慮信號源內(nèi)阻時(shí)，放大分別在不帶負(fù)載、帶負(fù)載、考慮信號源內(nèi)阻時(shí)，放大倍倍 數(shù)大大降低。數(shù)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(shí)空載時(shí)考慮信號源內(nèi)阻時(shí)考慮信號源內(nèi)阻時(shí)RB1RCC1C2RB2CERERL+UCCuiuo+RSeS+80K1K3K40K1K3K+C2+RB82KRE13KRB382KRE23K改進(jìn)電路：改進(jìn)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(diǎn)：特點(diǎn)：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(diǎn)相點(diǎn)相互影響，互影響，存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。零漂的原因：零漂的原因：當(dāng)輸入信號為零時(shí)，前級由溫度變化所引起當(dāng)輸入信號為零時(shí)，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(chǎn)生變化輸入為零，輸出產(chǎn)生變化的現(xiàn)象稱為的現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移零點(diǎn)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(dòng)態(tài)參對哪些動(dòng)態(tài)參數(shù)產(chǎn)生影響？數(shù)產(chǎn)生影響？ 用什么元件取代用什么元件取代Re既可設(shè)置合適的既可設(shè)置合適的Q點(diǎn)，又可使第二點(diǎn)，又可使第二級放大倍數(shù)不至于下降太大？級放大倍數(shù)不至于下降太大？二極管導(dǎo)通電壓二極管導(dǎo)通電壓U UD D小，動(dòng)態(tài)電阻小，動(dòng)態(tài)電阻r rd d小，靜動(dòng)態(tài)均解決小，靜動(dòng)態(tài)均解決直接耦合特點(diǎn)：直接耦合特點(diǎn)：UCE1=UBE2=0.7V，則則T1 的的Q點(diǎn)太低，已進(jìn)入飽和區(qū)。點(diǎn)太低，已進(jìn)入飽和區(qū)。解決方法：解決方法：接接RE：靜態(tài)可解決，但動(dòng)態(tài)靜態(tài)可解決，但動(dòng)態(tài)A AV V損失大。損失大。接接D： UCEQ1太小太小加加Re（Au2數(shù)值數(shù)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(diǎn)的求解。舉例：直接耦合兩級放大電路，靜態(tài)工作點(diǎn)的求解。特點(diǎn)：特點(diǎn)：Q Q點(diǎn)相互獨(dú)立點(diǎn)相互獨(dú)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(diǎn)漂移嗎？有零點(diǎn)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(fù)載，稱為電路與負(fù)載，稱為阻阻容耦