MOS场效应管放大电路

1、编辑ppt15.3 场效应管放大电路 场效应管的源极、栅极和漏极分别对应于晶体管的射极、基极和集电极。与晶体管的共射、共基和共集三种组态相对应，场效应管也有共源、共栅和共漏三种组态。编辑ppt25.3 场效应管放大电路 一、场效应管的偏置电路 二、场效应管静态工作点的确定 三、场效应管的动态分析 四、场效应管三种组态放大性能的比较 五、应用举例编辑ppt3一、场效应管的偏置电路 与晶体管放大器类似，静态工作点的设置对放大器的性能至关重要。在场效应管放大器中，由于结型场效应管与耗尽型MOS场效应管的uGS=0时，iD0，故可以采用自偏压方式，如图所示：编辑ppt4一、场效应管的偏置电路 在静态时

2、，场效应管栅极电流为零，因此栅极电压为零；而漏极电流不为零，必然在源极电阻上产生压降，使栅源电压为负，获得合适的工作点。SDQSQSQGQGSQSDQSQRIUUUURIU0编辑ppt5一、场效应管的偏置电路 对于增强型MOSFET，由于uGS=0时，iD=0，故一定要采用分压式偏置或混合式偏置方式，如图所示：编辑ppt6一、场效应管的偏置电路SDQDDgggSQGQGSQSDQSQDDgggAGQRIVRRRUUURIUVRRRUU211211编辑ppt7二、场效应管静态工作点的确定 1、图解法、图解法 在场效应管的转移特性曲线上做出栅源回路直流负载线的方程，其交点即为工作点。混压偏压方式自

3、偏压方式SDQDDgggGSQSDQGSQRIVRRRURIU211编辑ppt8二、场效应管静态工作点的确定 对于（a)图，Q1为JFET的工作点，Q2为耗尽型MOSFET的工作点； 对于（b)图，Q1为JFET的工作点，Q2为耗尽型MOSFET的工作点，Q3增强型MOSFET的工作点。编辑ppt9二、场效应管静态工作点的确定 2、解析法、解析法 耗尽型场效应管的电流方程为： 把它在静态时的表达式与栅源间静态电压的表达式联立即可求出IDQ和UDSQ：2)()1 (offGSGSDSSDUuIiSDQGSQoffGSGSQDSSDQRIUUUII21)()(编辑ppt10二、场效应管静态工作点的

4、确定 增强型场效应管的电流方程为： 把它在静态时的表达式与栅源间静态电压的表达式联立即可求出IDQ和UDSQ：2)() 1(thGSGSDODUuIiDDQDDgggGSQthGSGSQDODQRIVRRRUUUII2112)() 1(编辑ppt11二、场效应管静态工作点的确定 把下式代入上式，解关于iD的二次方程，有两个根，舍去不合理的一个根，留下合理的一个根便是IDQ。 而)(SDDQDDDSQRRIVU编辑ppt12三、场效应管的动态分析 1、场效应管的小信号等效模型 2、共源放大电路的分析 3、共漏放大电路的分析 4、共栅放大电路的分析编辑ppt13场效应管的低频小信号等效模型 与晶体

5、管模型的导出相类似，iD是uGS 和uDS的函数： iD=f(uGS， uDS） 研究动态信号时用全微分表示：编辑ppt14场效应管的低频小信号等效模型 定义： 当信号较小时，管子的电压、电流仅在Q点附近变化，可以认为是线形的，gm与rds近似为常数，用有效值表示：dsdsgsmdUrUgI1编辑ppt15场效应管的低频小信号等效模型 由此式可画出场效应管的低频小信号等效模型： 可见场效应管的低频小信号等效模型比晶体管还要简单。编辑ppt16场效应管的低频小信号等效模型 可以从场效应管的转移特性和输出特性曲线上求出gm与rds： 由转移特性曲线可知，gm是uDS=UDSQ那条曲线上Q点处的导数

6、。由于gm是输出回路电流与输入回路电压之比，所以称为跨导。编辑ppt17场效应管的低频小信号等效模型 由输出特性曲线可知， rds是uGS=UGSQ这条曲线上Q点处斜率的倒数，描述曲线上翘的程度。编辑ppt18场效应管的低频小信号等效模型 由于rds的值很大，可以忽略，得到简化的等效模型：编辑ppt19场效应管的低频小信号等效模型 对增强型MOS管，可用电流方程求出gm的表达式：DDOthGSUthGSGSthGSDOUGSDmDODthGSGSthGSGSDODiIUUuUIuigIiUuUuIiDSDS)()()()(2)(2) 1(2 1 1编辑ppt20场效应管的低频小信号等效模型 增

7、强型MOS管在小信号作用时，可用IDQ代替iD，得出：DQDOthGSmIIUg)(2编辑ppt21场效应管的低频小信号等效模型 对耗尽型MOS管，同样可用电流方程作类似的推导求出gm的表达式，电流方程和推导如下：DDSSoffGSUoffGSGSoffGSDSSUGSDmDSSDoffGSGSoffGSGSDSSDiIUUuUIuigIiUuUuIiDSDS)()()()(2)(2)1 (21 1 编辑ppt22场效应管的低频小信号等效模型 耗尽型MOS管在小信号作用时，可用IDQ代替iD，得出：DQDSSoffGSmIIUg)(2编辑ppt23场效应管的高频等效模型 场效应管各极之间同样也

8、存在电容，因而其高频响应与晶体管类似。根据结构可得高频模型如下： 编辑ppt24场效应管的高频等效模型 大多数场效应管的参数如下表：编辑ppt25场效应管的高频等效模型 从表中可以看出，rgs和rds数值很大，可以忽略；跨接在gd之间的电容Cgd可以用与晶体管分析相同的方法折合到输入和输出回路： )(,)(,)(LmgddsdsLmgdgsgsRgKCKKCCRgKCKCC11编辑ppt26场效应管的高频等效模型 由于输出回路的时间常数比输入回路小得多，可忽略 的影响，综上所述，可得简化模型:dsC编辑ppt27 电路结构2、共源放大电路的分析编辑ppt282、共源放大电路的分析 交流分析 先

9、画出交流通路：编辑ppt292、共源放大电路的分析 交流分析 再画出交流等效电路：编辑ppt30 再根据等效电路计算交流性能： 电压放大倍数 电压放大倍数为负值，说明输出电压与输入电压反相。 2、共源放大电路的分析LmgsLDgsmuLDgsmORgURRUgARRUgU)/()/(编辑ppt312、共源放大电路的分析 如果有信号源内阻RS时： 输入电阻 Ri= = Rg1Rg2 输出电阻 RO=RDiSiLmuRRRRgA编辑ppt323、共漏放大电路的分析 电路结构 一个共漏放大器的电路图如下：编辑ppt333、共漏放大电路的分析 交流分析 先画出交流通路：编辑ppt343、共漏放大电路的

10、分析 交流分析 再画出交流等效电路：编辑ppt353、共漏放大电路的分析 再根据等效电路计算交流性能： 电压放大倍数：编辑ppt363、共漏放大电路的分析 电压放大倍数为正值，表示输出电压与输入电压同相。RgRgAmLmu1。源极跟随器叫因此，共漏放大电路又时：当111RgRgARgmLmuLm编辑ppt373、共漏放大电路的分析 输入电阻：213/gggiRRRR编辑ppt383、共漏放大电路的分析mSSmSmSOOOOmSOmSOgsmSOOgRRgRgRIURUgRUgRUUgRUI11111/)()( 输出电阻：Us置零后，电路输入部分无电流流过，所以g点电压与d点相同编辑ppt394

11、、共栅放大电路的分析 电路结构 一个共栅放大器的电路图如下：编辑ppt404、共栅放大电路的分析 交流性能分析 先画出交流通路：编辑ppt414、共栅放大电路的分析 交流性能分析 再画出交流等效电路：编辑ppt42 再根据等效电路计算交流性能：DOmSmSgsmSgsgsiiiLmLDmgsLDgsmiOuRRgRgRUgRUUIURRgRRgURRUgUUA1/11)/()/(4、共栅放大电路的分析编辑ppt43四、场效应管三种组态放大性能的比较LmuRgALmuRgA11LmLmuRgRgA21/ggiRRR 213/gggiRRRRmSigRR1/DORR DORR mSOgRR1/编辑

12、ppt44五、应用举例 例1、电路如图。已知UGS(off)=-4V，IDSS=1mA，VDD=16V，RG1=160K， RG4=40K， RG=1M， RD=10K， RS=8K， RL=1M，试计算：1、静态工作点Q；2、输入电阻Ri和输出电阻RO；3、电压放大倍数 。uA编辑ppt45五、应用举例 解： 1、计算静态工作点Q22)(212)41 (82 . 3)1 (2 . 3164016040GSDDGSoffGSGSDSSDSDGGSDDGGGGUIIUUUIIRIUUQVVRRRU代入数值：点的方程组：列求编辑ppt46五、应用举例008. 12 . 1)482 . 31 ()4

13、1 (82 . 3222DDDDGSDDGSIIIIUIIU整理，得：把上式代入下式得：编辑ppt47五、应用举例VRRIVUVUmAIImAImAImAIIISDDQDDDSQGSQDQDSSDDDDD37. 6)810(535. 016)(08. 1535. 052. 1535. 0,52. 1008. 12 . 11212：，不合题意，舍去。故由于解之，得：编辑ppt48五、应用举例 2、计算输入电阻Ri和输出电阻ROKRRMRRRRDOGGGi1003. 104. 0/16. 01/21编辑ppt49五、应用举例 3、计算电压放大倍数 。uA65. 3)1000/10(366. 0)/

14、(366. 0535. 01422)(LDmLmuDQDSSoffGSmRRgRgAmsIIUg编辑ppt50五、应用举例 例2、电路如图。已知场效应管的UGS(off)=-4V， IDSS=2mA， VDD=15V， RG=1M， RL=1M， RS=8K，试计算： 1、静态工作点Q； 2、输入电阻Ri和输出电阻RO； 3、电压放大倍数 。uA编辑ppt51五、应用举例 解： 1、计算静态工作点Q22)()41 (8)1 (GSDDGSoffGSGSDSSDSDGSUIIUUUIIRIUQ代入数值：点的方程组：列求编辑ppt52五、应用举例0154)481 ()41 (8222DDDDGSD

15、DGSIIIIUIIU整理，得：把上式代入下式得：编辑ppt53五、应用举例VRIVUVUmAIIImAImAIIISDQDDDSQGSQDQDSSDDDDD13825. 015225. 025. 0,101541212：，不合题意，舍去。故由于解之，得：编辑ppt54五、应用举例 2、计算输入电阻Ri和输出电阻ROKgRRMRRmSOGi67. 225. 01/81/1msIIUgDQDSSoffGSm25. 025. 01422)(编辑ppt55五、应用举例 3、计算电压放大倍数 。uA67. 01000/825. 011000/825. 0/1/LSmLSmuRRgRRgA编辑ppt56注意事项 (1)在使用场效应管时，要注意漏源电压UDS、漏源电流ID、栅源电压UGS及耗散功率等值不能超过最大允许值。 (2)场效应管从结构上看漏源两极是对称的，可以互相调用，但有些产品制作时已将衬底和源极在内部连在一起，这时漏源两极不能对换用。 (3)结型场效应管的栅