《模拟电子技术》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

用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？

iD随uDS的增大而增大，可变电阻区

uGD＝UGS（th）,预夹断

iD几乎仅仅受控于uGS，恒流区刚出现夹断uGS的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻耗尽型MOS管

耗尽型MOS管在

uGS＞0、

uGS

＜0、

uGS

＝0时均可导通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在uGS＞0时仍保持g-s间电阻非常大的特点。加正离子小到一定值才夹断uGS=0时就存在导电沟道MOS管的特性1)增强型MOS管2)耗尽型MOS管开启电压夹断电压利用Multisim测试场效应管的输出特性从输出特性曲线说明场效应管的哪些特点？场效应管

放大电路3.场效应管的分类

工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性耗尽型栅极可反偏(可正偏)均有ID：UG=0,ID≠0漏极加正电压漏极加负电压类NPN管类PNP管增强型栅极须正偏反偏无ID：UG=0,ID=0二、场效应管静态工作点的设置方法场效应管工作在恒流区在栅g-源s间加栅偏压VGS在漏d-源s间加正电压VDS栅极输入的信号电压ui将会被放大gm倍（跨导）即漏极输出电压VDS和电流ID被栅极电压VGS控制1.基本共源放大电路原理VGSVDSgmIDg-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，单位：毫安/伏（mA/V）（又称：毫西（mS），表示相同的量纲）g-s电压控制d-s的等效电阻即饱和区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即放大区击穿区夹断区（截止区）夹断电压IDSSΔiD不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。跨导（放大倍数）：跨导乃电阻的倒数，单位：毫安/伏（mA/V）（又称：毫西（mS），表示相同的量纲）MOS管的特性1)增强型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.自给偏压电路漏极电流ID在源极电阻RS的压降是栅-源之间的负偏压URS称为自给偏压自给偏压URE具有稳定工作点的作用IDURs+-3.分压式偏置电路A点电压UA即为栅-源电压UGS因为没有栅极电流，Rg3上便没有电压降故：UGS=URg1所以Rg3的阻值可以很大，以提高输入阻抗（从而提高电压放大倍数）UGS=VDD•Rg1/(Rg1+Rg2)即典型的Q点稳定电路UAUGSCMOS放大器

授课结束单管放大器

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Us在放大电路内阻Ri上的电压降输出电压Uo：放大产生的输出信号电流Io，在负载上的电压降1.放大倍数：输出量与输入量之比最常用参数（常测）输入电压：输入信号源Us在放大电路内阻Ri上的电压降输入电流电压放大倍数电流放大倍数互阻放大倍数互导放大倍数阻抗电导信号源信号源内阻输入电压：输入信号源Us在放大电路内阻Ri上的电压降输入电流2.输入电阻和输出电阻输出电阻：将输出信号等效成有内阻的电压源，内阻Ro就是输出电阻。输入等效电阻：输入电压与输入电流有效值之比：输入电阻：从输入端看进去的等效电阻输出等效电阻：空载电压U’O减去有载电压UO除以输出电流iO

：输出电流io2.电压放大倍数和输入、输出电阻输入电阻中不应含有Rs!输出电阻中不应含有RL!简化的h参数等效电路－交流等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结的电流方程可求得由IEQ算出在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！3.通频带：原理：由于寄生电感、电容（布线电感、电容及放大管PN结的电容效应等）使放大电路在较低频率和较高频率时电压放大倍数均会下降，并会产生相移。放大量较大的是中间频率。不低于中间频率放大倍数0.707倍的频率带，称通频带。功能：衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率电路的串联电容影响电路的并联电容影响通频带4.最大不失真输出电压Uom：交流有效值。5.最大输出功率Pom和效率η：功率放大电路的参数

Uom=Upp/√2 【电压峰值/2的平方根】，或者：Uom=Uppx0.707或者：Uom=Upp÷1.414【与交流电压整流成直流电压的原理、公式相同】最大输出功率Pom=Uom.Iom

电压.电流效率η=PV

/Pom

电源输出功率/放大器输出功率读作：yi

ta，希腊字母电源耗散功率复习一1.将图中的NPN型晶体管共射放大电路改为PNP型晶体管共射放大电路。2.画出电路的直流通路和交流通路。复习一1.将图中的NPN型晶体管共射放大电路改为PNP型晶体管共射放大电路。2.画出电路的直流通路和交流通路。复习一1.将图中的NPN型晶体管共射放大电路改为PNP型晶体管共射放大电路。2.画出电路的直流通路和交流通路。复习一等效电路法半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。1.直流模型：适于Q点的分析理想二极管利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。输入回路等效为恒压源输出回路等效为电流控制的电流源2.晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。低频小信号模型在低频、小信号作用下的关系式交流等效模型（按式子画模型）电阻(系数)无量纲(系数)无量纲电导h参数的物理意义b-e间的动态电阻电压反馈系数电流放大系数c-e间的电导分清主次，合理近似！什么情况下h12和h22的作用可忽略不计？简化的h参数等效电路－交流等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结的电流方程可求得由IEQ算出在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！3.放大电路的动态分析放大电路的交流等效电路动态分析：阻容耦合共射放大电路的放大倍数、输入、输出阻抗输入电阻中不应含有Rs!输出电阻中不应含有RL!讨论一1.在什么参数、如何变化时Q1→Q2→Q3→Q4？2.从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪个Q点下最易产生饱和失真？哪个Q点下Uom最大？3.设计放大电路时，应根据什么选择VCC？2.空载和带载两种情况下Uom分别为多少？在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？增强电压放大能力的方法？讨论二已知ICQ＝2mA，UCES＝0.7V。

1.在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？若带负载的情况下呢？讨论三：基本共射放大电路的静态分析和动态分析QIBQ≈35μAUBEQ≈0.65V为什么用图解法求解IBQ和UBEQ？讨论四：阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析讨论五：波形分析

失真了吗？如何判断？原因？饱和失真§2.4静态工作点的稳定一、温度对静态工作点的影响二、静态工作点稳定的典型电路三、稳定静态工作点的方法一、温度对静态工作点的影响

所谓Q点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变，这是靠IBQ的变化得来的。若温度升高时要Q’回到Q，则只有减小IBQT（℃）→β↑→ICQ↑→Q’ICEO↑若UBEQ不变IBQ↑Q’二、静态工作点稳定的典型电路

直流通路？Ce为旁路电容，在交流通路中可视为短路1.电路组成2.稳定原理为了稳定Q点，通常I1>>IB，即I1≈I2；因此基本不随温度变化。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）→IB↓→IC↓Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。关于反馈的一些概念：将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。Re有上限值吗？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点分析分压式电流负反馈工作点稳定电路Rb上静态电压是否可忽略不计？判断方法：4.动态分析利?弊?无旁路电容Ce时：如何提高电压放大能力？减小了放大倍数稳定了放大倍数三、稳定静态工作点的方法引入直流负反馈温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。例如，Rb1或Rb2采用热敏电阻。它们的温度系数？讨论一若采用了措施，则是什么措施？图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？§2.5晶体管放大电路的三种接法一、基本共集放大电路二、基本共基放大电路三、三种接法放大电路的比较一、基本共集放大电路1.静态分析2.动态分析：电压放大倍数故称之为射极跟随器Uo＜Ui2.动态分析：输入电阻的分析Ri与负载有关！RL带负载电阻后从基极看Re，被增大到（1+β）倍2.动态分析：输出电阻的分析Ro与信号源内阻有关！3.特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！

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、基本共基放大电路1.静态分析2.动态分析3.特点：输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！三、三种接法的比较：空载情况下接法共射共集共基

Au大

小于1

大

Aiβ1＋βα

Ri

中

大