《模拟电子技术》第章场效应管放大器与单管放大总结

第二章3

场效应管放大电路

单管放大器总结单管放大器总结场效应管的分类（P49）按工艺结构分两类：结型和绝缘栅型（MOS）按沟道材料分两类：N沟道和P沟道按导电方式分两类：耗尽型与增强型。共有6类：结型管只有耗尽型：结型耗尽型N沟道结型耗尽型P沟道绝缘栅型（MOS）既有耗尽型，又有增强型：N沟道耗尽型N沟道增强型；P沟道耗尽型P沟道增强型123456增强型:UG=0,ID=0(类电子管)均为耗尽型耗尽型:UG=0,ID≠0(类PN结)类PN结场效应三极管型号命名方法(两种)第一种命名方法（与双极型三极管相同）：第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅N沟道；C是N型硅P沟道。 例如,3DJ6D是结型P沟道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。第二种命名方法（CS××#）：CS代表场效应管，××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等场效应管的参数1、IDSS—饱和漏源电流：栅极电压UGS=0时的漏源电流（结型或耗尽型绝缘栅场效应管）2、UP—夹断电压：漏-源间刚截止时的栅极电压（结型或耗尽型绝缘栅场效应管）3、UT—开启电压：漏源间刚导通时的栅极电压（增强型绝缘栅场效管）4、gM—跨导：栅源电压UGS对漏极电流ID的控制能力（即漏极电流ID变化量与栅源电压UGS变化量的比值）。是衡量场效应管放大能力的重要参数。5、BUDS—漏源击穿电压（极限参数）：栅源电压UGS一定时，场效应管正常工作所能承受的最大漏-源电压。（重要极限参数：场效应管的工作电压必须小于BUDS！）6、PDSM—最大耗散功率（极限参数）：令场效应管性能正常所允许的最大漏-源耗散功率。（场效应管实际功耗应小于PDSM并留有一定余量！）7、IDSM—最大漏源电流（极限参数）：场效应管正常工作时，漏源间所允许通过的最大电流（场效应管的工作电流不允许超过IDSM）。一、场效应管（以结型N沟道为例）

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。1.结型场效应管符号结构示意图栅极漏极源极导电沟道单极型器件∶噪声小、抗辐射能力强、低电压工作栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽沟道变窄沟道消失称为夹断

uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？UGS（off）漏-源电压对漏极电流的影响uGS＞UGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。预夹断uGD＝UGS（off）VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。场效应管工作在恒流区的条件是什么？uGD>UGS（off）uGD<UGS（off）夹断电压漏极饱和电流转移特性场效应管工作在恒流区，因而uGS＞UGS（off）且uGD＜UGS（off）。uDG＞－UGS（off）g-s电压控制d-s的等效电阻输出特性预夹断轨迹，uGD＝UGS（off）可变电阻区恒流区iD几乎仅决定于uGS击穿区夹断区（截止区）夹断电压IDSSΔiD不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。低频跨导：跨导乃电阻的倒数，毫安/伏（MA/V）与毫西（mS）表示的是一样的量纲

2.绝缘栅型场效应管uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。SiO2绝缘层衬底耗尽层空穴高掺杂反型层增强型管大到一定值才开启增强型MOS管uDS对iD的影响用场效应管管组成放大大电路时应应使之工作作在恒流区区。N沟道道增强型MOS管工工作在恒流流区的条件件是什么？？iD随uDS的增大而增增大，可变变电阻区uGD＝UGS（th）,预夹断iD几乎仅仅受受控于uGS，恒流区刚出现夹断断uGS的增大几乎乎全部用来来克服夹断断区的电阻阻耗尽型MOS管耗尽型MOS管在uGS＞0、uGS＜0、uGS＝0时均可可导通，且且与结型场场效应管不不同，由于于SiO2绝缘层的存存在，在uGS＞0时仍保保持g-s间电阻非非常大的特特点。加正离子小到一定值值才夹断uGS=0时就存存在导电沟沟道MOS管的特性1)增强型型MOS管2)耗尽型MOS管开启电压夹断电压利用Multisim测试场效应应管的输出出特性从输出特性性曲线说明明场效应管管的哪些特特点？场效应管放放大电路路3.场场效应管的的分类工作在恒流流区时g-s、d-s间的电电压极性耗尽型栅极可反偏偏(可正偏偏)均有ID：UG=0,ID≠0漏极加正电电压漏极加负电电压类NPN管管类PNP管管增强型栅极须正偏偏反偏无ID：UG=0,ID=0二、场效应应管静态工工作点的设设置方法场效应管工工作在恒流流区在栅g-源源s间加栅偏压VGS在漏漏d-源源s间间加加正正电电压压VDS栅极极输输入入的的信信号号电电压压ui将会会被被放放大大gm倍（（跨跨导导））即漏漏极极输输出出电电压压VDS和电电流流ID被栅栅极极电电压压VGS控制制1.基基本本共共源源放放大大电电路路原原理理VGSVDSgmIDg-s电电压压控控制制d-s的的等等效效电电阻阻输出特特性预夹断断轨迹迹，uGD＝UGS（（off））可变电电阻区区恒流区iD几乎仅仅决定定于uGS击穿区夹断区区（截截止区区）夹断电压IDSSΔiD不同型型号的的管子子UGS（（off））、IDSS将不同同。低频跨跨导：：跨导乃乃电阻阻的倒倒数，，单位位：毫毫安/伏（（mA/V）（又称称：毫毫西（（mS），，表示示相同同的量量纲）g-s电压压控制制d-s的的等效效电阻阻即饱和区区输出特特性预夹断断轨迹迹，uGD＝UGS（（off））可变电电阻区区恒流区iD几乎仅仅决定定于uGS即放大大区击穿区夹断区区（截止区）夹断电压IDSSΔiD不同型号的的管子UGS（off）、IDSS将不同。跨导（放大大倍数）：：跨导乃电阻阻的倒数，，单位：毫毫安/伏（（mA/V）（又称：毫毫西（mS），表示示相同的量量纲）MOS管的特性1)增强型型MOS管2)耗尽型MOS管开启电压夹断电压MOS管的特性2)耗尽型MOS管夹断电压QQiDUGSUDS2.自自给偏压电电路漏极电流ID在源极电阻阻RS的压降是栅栅-源之间间的负偏压压URS称为自给偏偏压自给偏压URE具有稳定工工作点的作作用IDURs+-3.分分压式偏置置电路A点电压UA即为栅-源源电压UGS因为没有栅栅极电流，，Rg3上便没有电电压降故：UGS=URg1所以Rg3的阻值可以以很大，以以提高输入入阻抗（从从而提高电电压放大倍倍数）UGS=VDD•Rg1/(Rg1+Rg2)即典型的Q点稳定电路路UAUGSCMOS放大器授授课结束单管放大器总总结性能指标信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流输入电压Ui：输入信号源源Us在放放大电路内内阻Ri上上的电压降降输出电压Uo：放大产生的的输出信号号电流Io，在负载载上的电压压降1.放大大倍数：输出量与输输入量之比比最常用参数数（常测））输入电压：：输入信号源源Us在放放大电路内内阻Ri上上的电压降降输入电流电压放大倍倍数电流放大倍倍数互阻放大倍倍数互导放大倍倍数阻抗电导信号源信号源内阻输入电压：：输入信号源源Us在放放大电路内内阻Ri上上的电压降降输入电流2.输入入电阻和输输出电阻输出电阻：：将输出信号号等效成有有内阻的电电压源，内阻Ro就就是输出电电阻。输入等效电电阻：输入电压与与输入电流流有效值之之比：输入电阻：：从输入端看看进去的等等效电阻输出等效电电阻：空载电压U’O减去有载电电压UO除以输出电电流iO：输出电流io2.电压放放大倍数和和输入、输输出电阻输入电阻中中不应含有有Rs!输出电阻中中不应含有有RL!简化的h参数等效电电路－交流流等效模型型查阅手册基区体电阻发射结电阻发射区体电阻数值小可忽略利用PN结结的电流方方程可求得得由IEQ算出在输入特性性曲线上，，Q点越高，rbe越小！3.通频频带：原理：由于寄生电电感、电容容（布线电电感、电容容及放大管管PN结的的电容效应应等）使放放大电路在在较低频率和较高频率时电压放大大倍数均会会下降，并并会产生相相移。放大大量较大的的是中间频频率。不低于中中间频率率放大倍倍数0.707倍的频频率带，，称通频频带。功能：衡量放大电路路对不同频率率信号的适应应能力。下限频率上限频率电路的串联电电容影响电路的并联电电容影响通频带4.最大不不失真输出电电压Uom：交流有效值。。5.最大输输出功率Pom和效率η：功率放大电电路的参数Uom=Upp/√2 【电电压峰值/2的平方方根】，或者：Uom=Uppx0.707或者：Uom=Upp÷1.414【与交流电压压整流成直流流电压的原理理、公式相同同】最大输出功率率Pom=Uom.Iom电压.电电流效率η=PV/Pom电源输输出功功率/放放大大器输输出功功率读作：：yita，，希腊腊字母母电源耗耗散功功率复习一一1.将图中中的NPN型晶晶体管管共射射放大大电路路改为为PNP型型晶体体管共共射放放大电电路。。2.画画出电电路的的直流流通路路和交交流通通路。。复习一一1.将图中中的NPN型晶晶体管管共射射放大大电路路改为为PNP型型晶体体管共共射放放大电电路。。2.画画出出电电路路的的直直流流通通路路和和交交流流通通路路。。复习一1.将图中的的NPN型晶体体管共射射放大电电路改为为PNP型晶体体管共射射放大电电路。2.画画出电电路的直直流通路路和交流流通路。。复习一等效电路路法半导体器器件的非非线性特特性使放放大电路路的分析析复杂化化。利用用线性元元件建立立模型，，来描述述非线性性器件的的特性。。1.直直流模型型：适于Q点的分析析理想二极管利用估算算法求解解静态工工作点，，实质上上利用了了直流模模型。输入回路路等效为为恒压源源输出回路路等效为为电流控控制的电电流源2.晶晶体管的的h参数等效效模型（（交流等等效模型型）在交流通通路中可可将晶体体管看成成为一个个二端口口网络，，输入回回路、输输出回路路各为一一个端口口。低频小信信号模型型在低频、、小信号号作用下下的关系系式交流等效效模型（（按式子子画模型型）电阻(系数)无量纲纲(系数)无量纲纲电导h参数的物物理意义义b-e间间的动态电阻阻电压反馈馈系数电流放大大系数c-e间间的电导导分清主次，合合理近似！什什么情况下h12和h22的作用可忽略略不计？简化的h参数等效电路路－交流等效效模型查阅手册基区体电阻发射结电阻发射区体电阻数值小可忽略利用PN结的的电流方程可可求得由IEQ算出在输入特性曲曲线上，Q点越高，rbe越小！3.放大电电路的动态分分析放大电路的交流等效电路路动态分析：阻阻容耦合共射射放大电路的的放大倍数、、输入、输出出阻抗输入电阻中不不应含有Rs!输出电阻中不不应含有RL!讨论一1.在什什么参数、如如何变化时Q1→Q2→Q3→Q4？2.从输输出电压上看看，哪个Q点下最易产生生截止失真？？哪个Q点下最易产生生饱和失真？？哪个Q点下Uom最大？3.设计计放大电路时时，应根据什什么选择VCC？2.空载载和带载两种种情况下Uom分别为多少？？在图示电路中中，有无可能能在空载时输输出电压失真真，而带上负负载后这种失失真消除？增强电压放大大能力的方法法？讨论二已知ICQ＝2mA，UCES＝0.7V。。1.在空空载情况下，，当输入信号号增大时，电电路首先出现现饱和失真还还是截止失真真？若带负载载的情况下呢呢？讨论三：基本共射放放大电路的静静态分析和动动态分析QIBQ≈35μAUBEQ≈0.65V为什么用图解解法求解IBQ和UBEQ？讨论四：阻容耦合共共射放大电路路的静态分析析和动态分析析讨论五：波形分析失真了吗？如如何判断？原原因？饱和失真§2.4静态工作点的的稳定一、温度对静静态工作点的的影响二、静态工作作点稳定的典典型电路三、稳定静态态工作点的方方法一、温度对静态工作点的影响所谓Q点稳定，是指指ICQ和UCEQ在温度变化时时基本不变，，这是靠IBQ的变化得来的的。若温度升高时时要Q’回到Q，则只有减小小IBQT（℃）→β↑→ICQ↑→Q’ICEO↑若UBEQ不变IBQ↑Q’二、静态工作作点稳定的典典型电路直流通路？Ce为旁路电容，，在交流通路路中可视为短短路1.电路路组成2.稳定定原理为了稳定Q点，通常I1>>IB，即I1≈I2；因此基本不随温度度变化。设UBEQ＝UBE＋ΔUBE，若UBQ－UBE>>ΔUBE，则IEQ稳定。Re的作用T(℃)↑↑→IC↑→UE↑→UBE↓（UB基本不变变）→IB↓→IC↓Re起直流负负反馈作作用，其其值越大大，反馈馈越强，，Q点越稳定定。关于反馈馈的一些些概念：：将输出量量通过一一定的方方式引回回输入回回路影响响输入量量的措施施称为反反馈。直流通路路中的反反馈称为为直流反反馈。反馈的结结果使输输出量的的变化减减小的称称为负反反馈，反反之称为为正反馈馈。Re有上限值值吗？IC通过Re转换为ΔUE影响UBE温度升高IC增大，反馈的结果使之减小3.Q点分析分压式电电流负反反馈工作作点稳定定电路Rb上静态电电压是否否可忽略略不计？？判断方法：4.动动态分分析利?弊?无旁路电电容Ce时：如何提高高电压放放大能力力？减小了放放大倍数数稳定了放放大倍数数三、稳定定静态工工作点的的方法引入直流流负反馈馈温度补偿偿：利用用对温度度敏感的的元件，，在温度度变化时时直接影影响输入入回路。。例如，Rb1或Rb2采用热敏敏电阻。。它们们的温度度系数？？讨论一若采用了了措施，，则是什什么措施施？图示两个个电路中中是否采采用了措措施来稳稳定静态态工作点点？§2.5晶体管放放大电路路的三种种接法一、基本本共集放放大电路路二、基本本共基放放大电路路三、三种种接法放放大电路路的比较较一、基本本共集放放大电路路1.静静态分分析2.动动态分分析：电压放放大倍数数故称之为为射极跟跟随器Uo＜Ui2.动动态分分析：输入电电阻的分分析Ri与负载有有关！RL带负载电阻后从基极看Re，被增大到（1+β）倍2.动动态分分析：输出电电阻的分分析Ro与信号源源内阻有有关！3.特特点：：输入电阻阻大，输输出电阻阻小；只只放大电电流，不不放大电电压；在在一定条条件下有有电压跟跟随作用用！令Us为零，保留Rs，在输出端加Uo，产生Io,。从射极看基极回路电阻，被减小到（1+β）倍二、基本本共基放放大电路路1.静静态分分析2.动动态分分析3.特特点：输入电阻阻小，频频带宽！！只放大大电压，，不放大大电流！！三、三种种接法的的比较：：空载情况况下接法共共射共共集共共基基Au大小小于1大大Aiβ1＋βααRi中大大小小Ro大小小大大频带窄窄中中宽宽讨论一：：图示电路路为哪种种基本接接法的放放大电路路？它们们的静态态工作点点有可能能稳定吗吗？求解解静态工工作点、、电压放放大倍数数、输入入电阻和和输出电电阻的表表达式。。接法共射共集共基输入bbe输出cec电路路如如图图，，所所有有电电容容对对交交流流信信号号均均可可视视为为短短路路。。1.Q为多多少少？？2.Re有稳稳定定Q点的的作作用用吗吗？？