第八章分立元件放大电路

1、8.2 场效应管放大电路128.4 8.4 场效应管放大电路场效应管放大电路一、场效应管的特性、参数与微变等效模型一、场效应管的特性、参数与微变等效模型二、基本共源放大电路二、基本共源放大电路三、基本共漏放大电路三、基本共漏放大电路四、基本共栅放大电路四、基本共栅放大电路 场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的e、b、c； 有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。单极型管噪声小、抗辐射能力强、低电压工作一、场效应管的特性、参数与微变等效模型一、场效应管的特性、参数与微变等效模型三个电极的对应情况：三个电极的对应情况：BJT

2、FET基极基极b栅极栅极g集电极集电极c漏漏 极极d发射极发射极e源源 极极s截止区截止区截止区截止区放大区放大区恒流区恒流区饱和区饱和区可变电阻区可变电阻区三个工作区的对应情况：三个工作区的对应情况：3DGSDGSN沟道P沟道结型FET一、场效应管的特性、参数与微变等效模型一、场效应管的特性、参数与微变等效模型41.1.各类场效应管的符号各类场效应管的符号DSGBDSGBDSGBDSGBN沟道P沟道增强型N沟道P沟道耗尽型MOSFET5一、场效应管的特性、参数与微变等效模型一、场效应管的特性、参数与微变等效模型1.1.各类场效应管的符号各类场效应管的符号按特性分 增强型耗尽型uGS = 0

3、时， iD = 0uGS = 0 时， iD 0各种管子的输出特性形状是一各种管子的输出特性形状是一样的，只是控制电压样的，只是控制电压U UGSGS不同。不同。uDSiD0可变电阻区012345601231233456789结型P沟耗尽型MOSP沟345601201231233456789结型N沟耗尽型 增强型MOSN沟UGS/VUGS/V6一、场效应管的特性、参数与微变等效模型一、场效应管的特性、参数与微变等效模型2.2.场效应管的特性曲线场效应管的特性曲线转移特性转移特性输出特性输出特性2GS(off)GSDSSD)1(UuIi 增强型：增强型：耗尽型：耗尽型：DGS(th)GSDO2G

4、S(th)GSDOD2) 1(iUuIUuIi时的为式中在恒流区时，3.3.工作工作在恒流区时在恒流区时g-sg-s、d-sd-s间的电压极性间的电压极性)0(P)0(N)00(P)00(N)00(P)00(NDSGSDSGSDSGSDSGSDSGSDSGS极性任意，沟道极性任意，沟道耗尽型，沟道，沟道增强型绝缘栅型，沟道，沟道结型场效应管uuuuuuuuuuuuuGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？ uGS0才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？ 一、场效应管的特性、参数与微变等效模型一、场效应管的特性、参数与微变等效模型7一、场效应管的

5、特性、参数与微变等效模型一、场效应管的特性、参数与微变等效模型84.4.场效应管的主要参数场效应管的主要参数 一、直流参数一、直流参数 1. 结型场效应管和耗尽型结型场效应管和耗尽型MOSFET (1)饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS(IDO)：对应：对应uGS=0时的漏极电流。时的漏极电流。 (2)夹断电压夹断电压UGS(off)：当栅源电压：当栅源电压uGS=UGS(off)时，时，iD=0。 2. 增强型增强型MOSFET 开启电压开启电压UGS(th)：当：当uGSuGS(th)时，导电沟道才形成，时，导电沟道才形成，iD0。 3. 输入电阻输入电阻RGS 对结型场效应管，对结型场效应

6、管，RGS在在1081012之间。之间。 对对MOS管，管，RGS在在10101015之间。之间。 通常认为通常认为RGS 。 一、场效应管的特性、参数与微变等效模型一、场效应管的特性、参数与微变等效模型9 二、极限参数二、极限参数 场效应管也有一定的运用极限，若超过这些极限值，管子就场效应管也有一定的运用极限，若超过这些极限值，管子就可能损坏。场效应管的极限参数如下：可能损坏。场效应管的极限参数如下： (1)栅源击穿电压栅源击穿电压U(BR)GS (2)漏源击穿电压漏源击穿电压U(BR)DS (3)最大功耗最大功耗PDM：PDM=IDUDS4.4.场效应管的主要参数场效应管的主要参数一、场效

7、应管的特性、参数与微变等效模型一、场效应管的特性、参数与微变等效模型102. 2. 输出电阻输出电阻r rds ds 输出电阻rds定义为4.4.场效应场效应管的主要参数管的主要参数GSQDSdsuDdurdi三、交流参数三、交流参数1. 1. 跨导跨导g gm m 定义为定义为 gm的大小可以反映栅源电压的大小可以反映栅源电压uGS对漏极电流对漏极电流iD的控制能力的强弱。的控制能力的强弱。 gm可以从转移特性或输出特性中求得，也可以用公式计算出来。可以从转移特性或输出特性中求得，也可以用公式计算出来。)/(VmdudigCuGSDmDS说明了uDS对iD的影响。是输出特性某一点上切线斜率的

8、倒数。 一、场效应管的特性、参数与微变等效模型一、场效应管的特性、参数与微变等效模型11(,)1DGSDSDDDGSDSmGSDSGSDSdsif uuiididudug duduuur用有效值表示，上式可改写为1dmgsdsdsIg UUr通常rds较大， 对Id的影响可以忽略，则dsU5.5.场效应管的微变等效模型场效应管的微变等效模型dmgsIg U一、场效应管的特性、参数与微变等效模型一、场效应管的特性、参数与微变等效模型12画出该式所对应的等效电路如图所示1dmgsdsdsIg UUr5.5.场效应管的微变等效模型场效应管的微变等效模型rds一般在几十k到几百k微变等效模型可以近似为

9、13二、基本共源放大电路二、基本共源放大电路为保证为保证MOSMOS管工作在管工作在恒流区恒流区：输入回路输入回路： 加栅极电源加栅极电源V VGGGG， 使其大于开启电压使其大于开启电压U UGS(GS(thth) )输出回路输出回路： 加漏极电源加漏极电源V VDDDD，作为负载的能量，并使漏，作为负载的能量，并使漏- -源源电压大于夹断电压电压大于夹断电压R Rd d： 将漏极电流将漏极电流i iD D的变化转换为电压的变化转换为电压u uDSDS的变化，实的变化，实现电压放大（与共射中的现电压放大（与共射中的R Rc c作用相同）作用相同）为使信号源与放大电路为使信号源与放大电路“共地

10、共地”，并采用单，并采用单电源供电电源供电: :l 自给栅偏压放大电路自给栅偏压放大电路l 分压偏置放大电路分压偏置放大电路1. 1. 基本共源放大电路基本共源放大电路dDQDDDSQ2GS(th)GGDODQGGGSQ) 1(RIVUUVIIVU14二、基本共源放大电路二、基本共源放大电路2.2.自给栅偏压放大电路自给栅偏压放大电路直流通路直流通路静态分析静态分析：栅极绝缘 输入电流IG=0静态分析即求U UGSQGSQ、U UDSQDSQ和I IDQDQ15二、基本共源放大电路二、基本共源放大电路2.2.自给栅偏压放大电路自给栅偏压放大电路静态分析静态分析：0G GQ QS SQ QD D

11、Q Qs sG GS SQ QG GQ QS SQ QD DQ Qs s，UUI RUUUI R 由正电源获得负偏压由正电源获得负偏压, ,称为称为自给偏压自给偏压2GS(off)GSQDSSDQ)1 (UUII)(SDDQCCDSQRRIVU 列出输入回路电压方程假设管子工作在恒流区，由耗尽型场效应管的电流方程可得列出输出回路电压方程16二、基本共源放大电路二、基本共源放大电路2.2.自给栅偏压放大电路自给栅偏压放大电路动态分析动态分析交流等效电路交流等效电路微变等效电路微变等效电路17二、基本共源放大电路二、基本共源放大电路mgsDLumDLgsg u (R / /R )Ag R / /R

12、u GiRr 电压放大倍数电压放大倍数输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻o oD D= =rR2.2.自给栅偏压放大电路自给栅偏压放大电路动态分析动态分析LDgsmoRRugu/gsiuu 18二、基本共源放大电路二、基本共源放大电路3.3.分压偏置放大电路（分压偏置放大电路（Q Q点稳定）点稳定）静态分析静态分析：栅极绝缘 RG上电流为0求出栅极的分压UGG1GDDG1G2RUVRR列出输入回路电压方程G1GSQGSDDDQG1G2RUUUVIRRR假设管子工作在恒流区，由增强型场效应的电流方程可得GSQ22DQnGSQGS(th)DOGS(th)()(1)UIKUUIU列出输出回路电压方程

13、DSQDDDQD()UVIRR S19二、基本共源放大电路二、基本共源放大电路3.3.分压偏置放大电路分压偏置放大电路动态分析动态分析20二、基本共源放大电路二、基本共源放大电路3.3.分压偏置放大电路分压偏置放大电路动态分析动态分析mgsDLumDLgsg u (R / /R )Ag R / /Ru 12/i iGGGrRRR电压放大倍数电压放大倍数输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻o oD D= =rRLDgsmoRRugu/gsiuu 例例1 1：电路如图（：电路如图（1 1）画直流通路；（）画直流通路；（2 2）画微变等效电路）画微变等效电路；（3 3）求求A Av v 、 r ri i

14、、 r ro o的表达式的表达式21例例2 2：场效应管放大器电路如图所示，已知工作点的：场效应管放大器电路如图所示，已知工作点的g gm m=5mA/V=5mA/V，试画出低频小信号等效电路，并计算增益，试画出低频小信号等效电路，并计算增益A Au u。2211()()1doDLmdddGSiimmSmSUIRRgIg UgUI RIUg R 1()8.31omuDLmLmSigUARRg Rg RU 23例例3 3：电路如图，已知工作点的：电路如图，已知工作点的g gm m=5mA/V=5mA/V，求动态分析，求动态分析24dgsmoRg vv )1()(mgsgsmgsiRgRg vvv

15、vRgRgAmdmio1 vvvg2g1i| RRR doRR siisiiososRRRAA vvvvvvvvs（除掉vgs）放大倍数在输入电阻上的分压2526三、基本共漏放大电路三、基本共漏放大电路静态工作点与共源放大电路一样动态分析动态分析(/ /)(/ /)1(/ /)1(/ /)mgsLmgsLmLmLgsmgsLmLgsmgsLmLDoDuiDDg uRRugRRAuug uRRgRR电压放大倍数电压放大倍数输入电阻输入电阻)/(g2g1giRRRr27三、基本共漏放大电路三、基本共漏放大电路动态分析动态分析/ /omgsDLigsoug uRRuuu 输出电阻输出电阻1/ /o

16、oDmrRg28三、基本共漏放大电路三、基本共漏放大电路动态分析动态分析DtRmgsiig uDtRDuiRtgsuu （1）电压增益Au（2）输入电阻RimgsDLoumDLigs(/)(/)g uRRuAgRRuugsiiSgsimmmgsSS11/1uuRRuiggg uRR（3）输出电阻RooDRR四、基本共四、基本共栅栅放大电路放大电路29组态对应关系：CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET电压增益：beLc)/(rRR )/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(rRR CE：CC：CB：)/(LdmRRg )/(1)/(LmLmRRgRRg )/(Ld

17、mRRgCS：CD：CG：30beb/rR输出电阻：cR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRR 1/beerRcRBJTFET输入电阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：)/(g2g1g3RRR m1/gR)/(g2g1g3RRR CE：CC：CB：CS：CD：CG：dRm1/gRdR31例4：设 gm=3mA/V，=50，rbe = 1.7k前级:场效应管共源极放大器后级:晶体管共射极放大器求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。+VCCRS3M(+24V)R120k10kC2C3R4R3RLRE282k43k10k8k10kC1RCT1RE1CE2T2CE1RD

18、10kR21MSio32（1）估算各级静态工作点: （略）（2）动态分析: 微变等效电路iR2RioR首先计算第二级的输入电阻： Ri2= R3/ R4/ rbe=82/43/1.7=1.7 kR3R4RCRLRSR2R1RDrbegsdIsocIbIgdsi334 . 4)7 . 1/10(3)R/(211viDmLmRgRgA1477 . 1)10/10(50/2vbeLCbeLrRRrRAR3R4RCRLRSR2R1RDrbegsdIsocIbIgdsi34Ri=R1/R2=3/1=0.75M Ro=RC=10k R3R4RCRLRSR2R1RDrbegsdIsocIbIgdsi35Av=Av1Av2 =(-4.4) (-147) =64763075020750647RRvviSisRAAR3R4RCRLRSR2R1RDrbegsdIsocIbIgdsi3637RB+ECRCC1C2TRLuiuo简单的固定偏置共射极放大器静态分析：求静态分析：求IB，IC和和UCEBB