電子電路場效應(yīng)管放大

1、2022-6-261電路與模擬電子技術(shù)電路與模擬電子技術(shù)原理原理第七章基本放大電路2022-6-262第7章 基本放大電路p7.1 放大電路概述p7.2 晶體管放大電路p7.3 場效應(yīng)管放大電路p7.4 功率放大電路p7.5 多級放大電路2022-6-2637.3 場效應(yīng)管放大電路 p任何元件，只要能夠?qū)崿F(xiàn)變量之間的控制特性，就可以用來構(gòu)成放大器。p利用晶體管工作在放大區(qū)時，集電極電流iC受基極電流iB控制（iCiB）這一特征，可以構(gòu)成晶體管放大電路。p利用場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)時，漏極電流iD受柵源電壓uGS控制的特性，也可以構(gòu)成場效應(yīng)管放大電路。 2022-6-2647.3 場效應(yīng)管放大電路

2、p7.3.1 場效應(yīng)管放大電路的工作原理p7.3.2 場效應(yīng)管放大電路的組成p7.3.3 場效應(yīng)管放大電路的近似估算2022-6-2657.3.1 場效應(yīng)管放大電路的工作原理p理解場效應(yīng)管放大電路的工作原理，首先要深入理解場效應(yīng)管本身。 2022-6-2661深入理解場效應(yīng)管p場效應(yīng)管的柵極、漏極和源極n源極的意思是“載流子之源” n漏極的意思是“載流子之漏” n柵極這個名詞來自電子管，其作用是控制漏極和源極之間的電流。p由于柵極電流為零，場效應(yīng)管的漏極電流與源極電流相等。 2022-6-267場效應(yīng)管的電壓偏置及電流方向2022-6-268場效應(yīng)管電壓偏置及電流方向（續(xù)）pN溝道管的漏極電位

3、高于源極電位，電流從漏極流向源極；pP溝道管的漏極電位低于源極電位，電流從源極流向漏極。p漏源電壓uDS的存在是形成漏極電流iD的原因和必要條件。 2022-6-269場效應(yīng)管電壓偏置及電流方向（續(xù)）p以N溝道管為例，因為自由電子從源極流向漏極（電流方向從漏極指向源極），所以要求uDS0（漏極電位必須高于源極電位），puDS增大將導(dǎo)致iD增大，但是uDS和iD之間的這種正相關(guān)性，卻受到柵極電壓（用uGS表示）作用的強烈影響。 2022-6-2610uDS對載流子運動（iD）的影響 （1）uDS是用來形成iD的，所以iD理應(yīng)受uDS的影響，二者存在正相關(guān)性；n但是uDS和iD之間的數(shù)值關(guān)系受到溝

4、道變化的重大影響。 2022-6-2611uGS對溝道的影響 （2）uGS是用來改變溝道的，n如果uGS引起溝道夾斷，則iD0；n在溝道暢通的情況下，uGS還會改變溝道的寬窄，進而改變漏極和源極之間的導(dǎo)電特性，從而改變uDS和iD的比例系數(shù)，這相當(dāng)于漏極和源極之間的存在著一個受uGS控制的可變電阻。 2022-6-2612uGS與uDS 共同改變溝道 （3）uGS對溝道的改變又受到uDS的影響。n預(yù)夾斷時，電流iD在uDS變化時基本保持穩(wěn)定。 n（請詳細(xì)閱讀教材） 2022-6-2613場效應(yīng)的外部偏置條件 pN溝道場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的外部偏置條件是uDS過高導(dǎo)致uGD過低，低到不足以維持溝

5、道暢通的程度。p此時溝道發(fā)生預(yù)夾斷，iD基本上不隨uDS變化而取決于uGS的值，并以轉(zhuǎn)移特性來表示。 p當(dāng)uDS較小時，場效應(yīng)管不會發(fā)生預(yù)夾斷，也就不會進入恒流區(qū)，而是工作在可變電阻區(qū)，此時的iD既取決于uDS，又取決于uGS。 2022-6-26147.3.1 場效應(yīng)管放大電路的工作原理p場效應(yīng)管的柵極、漏極和源極分別對應(yīng)晶體管的基極、集電極和發(fā)射極，p場效應(yīng)管放大電路也可以組成共柵、共漏、共源放大電路。 p要讓場效應(yīng)管放大電路實現(xiàn)對輸入信號的放大，也必須確保場效應(yīng)管能夠不失真地工作在恒流區(qū)（飽和區(qū)），p而要實現(xiàn)這一點，就必須給場效應(yīng)管提供合適的偏置（自偏壓和分壓式偏壓 ）2022-6-26

6、152場效應(yīng)管工作狀態(tài)的確定p場效應(yīng)管的工作狀態(tài)，既可以從電壓角度來判斷，也可以從電流角度來判斷。 n從電壓角度看，場效應(yīng)管的外加電壓必須能夠確保“溝道預(yù)夾斷”uGS能確保溝道存在，uDS能確保溝道預(yù)夾斷。n從電流角度看，場效應(yīng)管的控制特性以平方關(guān)系出現(xiàn)。 2022-6-2616N溝道耗盡型FET工作狀態(tài)p截止區(qū)：n柵源電壓過低，導(dǎo)致溝道夾斷UGSUP iD0 2022-6-2617N溝道耗盡型FET工作狀態(tài)（續(xù)）p恒流區(qū)：n柵源電壓夠高，保證溝道存在；n漏源電壓過高，溝道預(yù)夾斷 UPUGS0，UDSUGS-UP 21PGSDSSDUUII2022-6-2618N溝道耗盡型FET工作狀態(tài)（續(xù)）

7、p可變電阻區(qū)：n柵源電壓夠高，保證溝道存在；n漏源電壓夠低，溝道未發(fā)生預(yù)夾斷UPUGS0，0UDSUGS-UP 212PDSPDSPGSDSSDUUUUUUII2022-6-26197.3.2 場效應(yīng)管放大電路的組成 p共柵、共漏、共源p要讓場效應(yīng)管放大電路實現(xiàn)對輸入信號的放大，也必須確保場效應(yīng)管能夠不失真地工作在恒流區(qū)（飽和區(qū)），而要實現(xiàn)這一點，就必須給場效應(yīng)管提供合適的偏置， 2022-6-26201自偏壓電路 p由于iG0，以及電容C1的隔直作用，柵極電阻RG上不可能有直流電流流過，所以柵極直流電壓UG0。 2022-6-2621自偏壓電路（續(xù)）p又因為場效應(yīng)管的iDiS，于是源極直流電

8、壓US就等于源極電阻Rs上的直流電壓： USRsID p于是柵源電壓UGSUGUSIDRs pID為零時，UGS0，耗盡型FET的導(dǎo)電溝道就已經(jīng)存在。 2022-6-2622自偏壓電路（續(xù)）p自偏壓電路要求柵極無電壓時就存在導(dǎo)電溝道，所以只能適用于耗盡型場效應(yīng)管。p結(jié)型場效應(yīng)管在沒有柵極電壓的時候也存在導(dǎo)電溝道，所以也屬于耗盡型場效應(yīng)管。 2022-6-26232分壓式偏置電路 p分壓式偏置既適用于增強型場效應(yīng)管也適用于耗盡型場效應(yīng)管。2022-6-26247.3.3 場效應(yīng)管放大電路的近似估算 p場效應(yīng)管放大電路的分析與晶體管類似，也要先進行直流分析，得到靜態(tài)工作點；再進行動態(tài)分析，得到放大

9、倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等交流參數(shù)。p分析方法可以使用估算法（等效電路法）或圖解法。 2022-6-26251場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析 p場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)分析的思路，是首先確定管子的工作狀態(tài)，再計算此工作狀態(tài)下的靜態(tài)工作點（IDQ，UGSQ，UDSQ）。p應(yīng)記住場效應(yīng)管是一種電壓控制器件，柵極只需要偏壓，不需要偏流（IG0），所以漏極電流恒等于源極電流（iDiS）。p利用這個特性，再結(jié)合基爾霍夫定律和場效應(yīng)管伏安特性關(guān)系方程即可求解。 2022-6-2626場效應(yīng)管電路靜態(tài)分析思路（續(xù)）p假設(shè)其工作于某個特定區(qū)域，并求解此狀態(tài)下的G-S回路和D-S回路方程，p如果所得到的結(jié)果符合假設(shè)區(qū)域

10、的偏置條件，說明我們的假設(shè)正確；p否則說明我們的假設(shè)不正確，應(yīng)作出新的假設(shè)。 2022-6-2627場效應(yīng)管靜態(tài)分析步驟p首先確定場效應(yīng)管工作狀態(tài)，步驟如下： n(1)假設(shè)FET工作于截止區(qū)，則ID0，IG0 在此前提下計算UGS，驗證 UGSUP 是否成立。如果成立，則說明FET處于截止區(qū)。否則進行第二步。 2022-6-2628場效應(yīng)管靜態(tài)分析步驟（續(xù)）p(2)假設(shè)FET工作于恒流區(qū)，則IG0 在此前提下計算UGS，驗證 UPUGS0，UDSUGSUP 是否成立。如果成立，則說明FET處于恒流區(qū)，否則進行第三步。 21PGSDSSDUUII2022-6-2629場效應(yīng)管靜態(tài)分析步驟（續(xù)）p

11、(3)假設(shè)FET工作于可變電阻區(qū)，則 IG0 在此前提下計算UGS，驗證UPUGS0，0UDSUGSUP 是否成立。如果成立，則說明FET處于可變電阻區(qū)，否則應(yīng)考慮場效應(yīng)管是否已經(jīng)擊穿。 212PDSPDSPGSDSSDUUUUUUII2022-6-2630場效應(yīng)管靜態(tài)分析步驟（續(xù)）p其次根據(jù)已知狀態(tài)計算靜態(tài)工作點（ID，UGS，UDS）。 2022-6-2631場效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例【例7-4】已知UDD6V，Rd750，Rs500，場效應(yīng)管的UP4V，IDSS16mA，求靜態(tài)工作點。 2022-6-2632場效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例（續(xù)）【解】首先畫出直流通路，如圖7-27所示。 因為柵極電流IG

12、0，柵極電阻Rg上無電流，可知 UG0 又因為USIDRs UGSUGUSIDRs 2022-6-2633場效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例（續(xù)）下面分析場效應(yīng)管的工作狀態(tài)。 (1)假設(shè)FET工作于截止區(qū)，則ID0 UGSIDRs0(V) 不滿足UGSUP的條件，說明FET不能工作于截止區(qū)。 2022-6-2634場效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例（續(xù)）(2)假設(shè)FET工作于恒流區(qū)，得場效應(yīng)管特性方程 再根據(jù)G-S回路寫出柵源電壓表達式 UGSID500 求解，可驗證場效應(yīng)管不能工作于恒流區(qū) （詳細(xì)步驟見教材）2324110161GSPGSDSSDUUUII2022-6-2635場效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例（續(xù)）(3)假設(shè)FET工作于可變電阻區(qū)，則UDSUDDIDRdIDRs6ID1250 U