電子電路場(chǎng)效應(yīng)管放大

電路與模擬電子技術(shù)

原理第七章基本放大電路12:14:431第7章基本放大電路7.1放大電路概述7.2晶體管放大電路7.3場(chǎng)效應(yīng)管放大電路7.4功率放大電路7.5多級(jí)放大電路12:14:4327.3場(chǎng)效應(yīng)管放大電路任何元件，只要能夠?qū)崿F(xiàn)變量之間的控制特性，就可以用來(lái)構(gòu)成放大器。利用晶體管工作在放大區(qū)時(shí)，集電極電流iC受基極電流iB控制（iC＝βiB）這一特征，可以構(gòu)成晶體管放大電路。利用場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)時(shí)，漏極電流iD受柵源電壓uGS控制的特性，也可以構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管放大電路。

12:14:4337.3場(chǎng)效應(yīng)管放大電路7.3.1場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的工作原理7.3.2場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的組成7.3.3場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的近似估算12:14:4347.3.1場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的工作原理理解場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的工作原理，首先要深入理解場(chǎng)效應(yīng)管本身。12:14:4351．深入理解場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管的柵極、漏極和源極源極的意思是“載流子之源”漏極的意思是“載流子之漏”柵極這個(gè)名詞來(lái)自電子管，其作用是控制漏極和源極之間的電流。由于柵極電流為零，場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電流與源極電流相等。12:14:436場(chǎng)效應(yīng)管的電壓偏置及電流方向12:14:437場(chǎng)效應(yīng)管電壓偏置及電流方向（續(xù)）N溝道管的漏極電位高于源極電位，電流從漏極流向源極；P溝道管的漏極電位低于源極電位，電流從源極流向漏極。漏源電壓uDS的存在是形成漏極電流iD的原因和必要條件。

12:14:438場(chǎng)效應(yīng)管電壓偏置及電流方向（續(xù)）以N溝道管為例，因?yàn)樽杂呻娮訌脑礃O流向漏極（電流方向從漏極指向源極），所以要求uDS＞0（漏極電位必須高于源極電位），uDS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(qiáng)烈影響。

12:14:439uDS對(duì)載流子運(yùn)動(dòng)（iD）的影響（1）uDS是用來(lái)形成iD的，所以iD理應(yīng)受uDS的影響，二者存在正相關(guān)性；但是uDS和iD之間的數(shù)值關(guān)系受到溝道變化的重大影響。

12:14:4310uGS對(duì)溝道的影響（2）uGS是用來(lái)改變溝道的，如果uGS引起溝道夾斷，則iD＝0；在溝道暢通的情況下，uGS還會(huì)改變溝道的寬窄，進(jìn)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(gè)受uGS控制的可變電阻。12:14:4311uGS與uDS

共同改變溝道（3）uGS對(duì)溝道的改變又受到uDS的影響。預(yù)夾斷時(shí)，電流iD在uDS變化時(shí)基本保持穩(wěn)定。（請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀教材）12:14:4312場(chǎng)效應(yīng)的外部偏置條件N溝道場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的外部偏置條件是uDS過(guò)高導(dǎo)致uGD過(guò)低，低到不足以維持溝道暢通的程度。此時(shí)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(lái)表示。

當(dāng)uDS較小時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管不會(huì)發(fā)生預(yù)夾斷，也就不會(huì)進(jìn)入恒流區(qū)，而是工作在可變電阻區(qū)，此時(shí)的iD既取決于uDS，又取決于uGS。

12:14:43137.3.1場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的工作原理場(chǎng)效應(yīng)管的柵極、漏極和源極分別對(duì)應(yīng)晶體管的基極、集電極和發(fā)射極，場(chǎng)效應(yīng)管放大電路也可以組成共柵、共漏、共源放大電路。要讓場(chǎng)效應(yīng)管放大電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的放大，也必須確保場(chǎng)效應(yīng)管能夠不失真地工作在恒流區(qū)（飽和區(qū)），而要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就必須給場(chǎng)效應(yīng)管提供合適的偏置（自偏壓和分壓式偏壓）12:14:43142．場(chǎng)效應(yīng)管工作狀態(tài)的確定場(chǎng)效應(yīng)管的工作狀態(tài)，既可以從電壓角度來(lái)判斷，也可以從電流角度來(lái)判斷。從電壓角度看，場(chǎng)效應(yīng)管的外加電壓必須能夠確?！皽系李A(yù)夾斷”——uGS能確保溝道存在，uDS能確保溝道預(yù)夾斷。從電流角度看，場(chǎng)效應(yīng)管的控制特性以平方關(guān)系出現(xiàn)。

12:14:4315N溝道耗盡型FET工作狀態(tài)截止區(qū)：柵源電壓過(guò)低，導(dǎo)致溝道夾斷UGS＜UP

iD＝0

12:14:4316N溝道耗盡型FET工作狀態(tài)（續(xù)）恒流區(qū)：柵源電壓夠高，保證溝道存在；漏源電壓過(guò)高，溝道預(yù)夾斷UP＜UGS＜0，UDS＞UGS-UP

12:14:4317N溝道耗盡型FET工作狀態(tài)（續(xù)）可變電阻區(qū)：柵源電壓夠高，保證溝道存在；漏源電壓夠低，溝道未發(fā)生預(yù)夾斷UP＜UGS＜0，0≤UDS≤UGS-UP

12:14:43187.3.2場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的組成共柵、共漏、共源要讓場(chǎng)效應(yīng)管放大電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的放大，也必須確保場(chǎng)效應(yīng)管能夠不失真地工作在恒流區(qū)（飽和區(qū)），而要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就必須給場(chǎng)效應(yīng)管提供合適的偏置，12:14:43191．自偏壓電路由于iG＝0，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(guò)，所以柵極直流電壓UG＝0。

12:14:4320自偏壓電路（續(xù)）又因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管的iD＝iS，于是源極直流電壓US就等于源極電阻Rs上的直流電壓：

US＝RsID

于是柵源電壓UGS＝UG－US＝－IDRs

ID為零時(shí)，UGS＝0，耗盡型FET的導(dǎo)電溝道就已經(jīng)存在。

12:14:4321自偏壓電路（續(xù)）自偏壓電路要求柵極無(wú)電壓時(shí)就存在導(dǎo)電溝道，所以只能適用于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管在沒(méi)有柵極電壓的時(shí)候也存在導(dǎo)電溝道，所以也屬于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管。12:14:43222．分壓式偏置電路分壓式偏置既適用于增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管也適用于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管。12:14:43237.3.3場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的近似估算場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的分析與晶體管類似，也要先進(jìn)行直流分析，得到靜態(tài)工作點(diǎn)；再進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，得到放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等交流參數(shù)。分析方法可以使用估算法（等效電路法）或圖解法。12:14:43241．場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析場(chǎng)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(jì)算此工作狀態(tài)下的靜態(tài)工作點(diǎn)（IDQ，UGSQ，UDSQ）。應(yīng)記住場(chǎng)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（IG＝0），所以漏極電流恒等于源極電流（iD＝iS）。利用這個(gè)特性，再結(jié)合基爾霍夫定律和場(chǎng)效應(yīng)管伏安特性關(guān)系方程即可求解。

12:14:4325場(chǎng)效應(yīng)管電路靜態(tài)分析思路（續(xù)）假設(shè)其工作于某個(gè)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，如果所得到的結(jié)果符合假設(shè)區(qū)域的偏置條件，說(shuō)明我們的假設(shè)正確；否則說(shuō)明我們的假設(shè)不正確，應(yīng)作出新的假設(shè)。12:14:4326場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)分析步驟首先確定場(chǎng)效應(yīng)管工作狀態(tài)，步驟如下：(1)假設(shè)FET工作于截止區(qū)，則ID＝0，IG＝0

在此前提下計(jì)算UGS，驗(yàn)證

UGS＜UP

是否成立。如果成立，則說(shuō)明FET處于截止區(qū)。否則進(jìn)行第二步。12:14:4327場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)分析步驟（續(xù)）(2)假設(shè)FET工作于恒流區(qū)，則IG＝0

在此前提下計(jì)算UGS，驗(yàn)證

UP＜UGS＜0，UDS＞UGS－UP

是否成立。如果成立，則說(shuō)明FET處于恒流區(qū)，否則進(jìn)行第三步。12:14:4328場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)分析步驟（續(xù)）(3)假設(shè)FET工作于可變電阻區(qū)，則IG＝0

在此前提下計(jì)算UGS，驗(yàn)證UP＜UGS＜0，0≤UDS≤UGS－UP

是否成立。如果成立，則說(shuō)明FET處于可變電阻區(qū)，否則應(yīng)考慮場(chǎng)效應(yīng)管是否已經(jīng)擊穿。12:14:4329場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)分析步驟（續(xù)）其次根據(jù)已知狀態(tài)計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)（ID，UGS，UDS）。

12:14:4330場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例【例7-4】已知UDD＝6V，

Rd＝750Ω，

Rs＝500Ω，

場(chǎng)效應(yīng)管的

UP＝－4V，

IDSS＝16mA，求靜態(tài)工作點(diǎn)。

12:14:4331場(chǎng)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?yàn)闁艠O電流IG＝0，柵極電阻Rg上無(wú)電流，可知

UG＝0

又因?yàn)閁S＝IDRs

UGS＝UG－US＝－IDRs

12:14:4332場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例（續(xù)）下面分析場(chǎng)效應(yīng)管的工作狀態(tài)。(1)假設(shè)FET工作于截止區(qū)，則ID＝0

UGS＝－IDRs＝0(V)

不滿足UGS＜UP的條件，說(shuō)明FET不能工作于截止區(qū)。

12:14:4333場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管特性方程再根據(jù)G-S回路寫出柵源電壓表達(dá)式UGS＝－ID×500

求解，可驗(yàn)證場(chǎng)效應(yīng)管不能工作于恒流區(qū)（詳細(xì)步驟見教材）12:14:4334場(chǎng)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UDS＝UDD－IDRd－IDRs＝6－ID×1250

UGS＝UG