第5章晶体管基本放大电路3

第五章晶体管基本放大电路

5.1

5.2

5.3

5.4放大电路的静态分析放大电路的动态分析静态工作点的稳定及偏置电路放大电路的组成

5.5场效应管放大电路

5.6多级放大电路1.

场效应管的原理及其放大电路

重点：2.

多级放大电路的耦合方式第五章晶体管基本放大电路5.5.1

场效应管工作原理5.5.2

场效应管微变等效模型5.5.3场效应管放大电路5.5场效应管放大电路利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的半导体器件场效应管紧靠多数载流子导电，又称单极型晶体管体积小、重量轻、寿命长噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强输入内阻高：107～1012Ω耗电省

单极型晶体管—场效应管5.5场效应管放大电路场效应管分类N沟道P沟道N沟道P沟道增强型耗尽型增强型耗尽型结型绝缘栅型

单极型晶体管—场效应管5.5场效应管放大电路dsgNN沟道结型结构示意图这样既保证了栅-源之间的电阻很高，又实现了UGS对沟道电流iD的控制。正常工作时：在栅-源之间加负向电压，(保证耗尽层承受反向电压)P区和N区的交界面形成耗尽层。耗尽层

N沟道结型场效应管5.5场效应管放大电路导电沟道P+P+源极和漏极之间的非耗尽层称为导电沟道。漏-源之间加正向电压，(以形成漏极电流）当uGS=0时，耗尽层很窄,导电沟道宽。随|uGS|增大，耗尽层增宽,沟道变窄,电阻增大。|uGS|增加到某一数值,耗尽层闭和,沟道消失,沟道电阻趋于无穷大。夹断电压UGS(off)

N沟道结型场效应管5.5场效应管放大电路当

uDS=0时，虽有导电沟道，但iD为零。当uDS0时，产生iD，随着uDS增加，

iD增加。导电沟道呈楔形。uGS为UGS(off)～0中某一固定值，uDS对漏极电流iD的影响uGSDSGiDuDS5.5场效应管放大电路只要栅漏电压

uGD

小于夹断电压UGS(off)，iD就随uDS的增大而增大。uGS为UGS(off)～0中某一固定值，uDS对漏极电流iD的影响uGSDSGiDuDS5.5场效应管放大电路当uGD=UGS(off)，漏极一边的耗尽层就会出现夹断区。此时称为预夹断。此时的

iD称为“饱和漏极电流iDSS”uGS为UGS(off)～0中某一固定值，uDS对漏极电流iD的影响uGSDSGiDuDS5.5场效应管放大电路当uGD=UGS(off)，漏极一边的耗尽层就会出现夹断区。此时称为预夹断。此时的

iD称为“饱和漏极电流iDSS”若uDS继续增大，即uGD<UGS(off)，夹断区下移，此时若uDS继续增加，

iD几乎不变。uGS为UGS(off)～0中某一固定值，uDS对漏极电流iD的影响uGSDSGiDuDS5.5场效应管放大电路此时iD的值由uGS

决定，iD表现为恒流特性。注意iD是载流子通过电场效应被漏极吸收形成的

。当uGD<UGS(off)时，若uDS

为常量，此时可通过改变uGS的大小来控制

iD。可以把iD近似看成uGS控制的电流源uGS为UGS(off)～0中某一固定值，uDS对漏极电流iD的影响uGSDSGiDuDS5.5场效应管放大电路

结型场效应管5.5场效应管放大电路iD=f(uDS)uGS

=

常数

结型场效应管转移特性曲线：当漏源电压不变时，漏极电流iD与栅源电压uGS之间的关系。描述场效应管电流电压关系：输出特性曲线：当栅源电压不变时，漏极电流iD与漏源电压uDS之间的关系。iD=f(uGS)uDS

=

常数5.5场效应管放大电路栅-源电压为零时漏极电流也为零的管子称为增强型。栅-源电压为零时漏极电流不为零的管子称为耗尽型。MOS管分类：

N沟道（NMOS）增强型耗尽型

P沟道（PMOS）增强型耗尽型绝缘栅型场效应管采用sio2绝缘层隔离（输入电阻更大），栅极为金属铝，又称为MOS管。

绝缘栅型场效应管5.5场效应管放大电路通常衬底和源极连接在一起使用1.结构栅极和衬底各相当于一个极板，中间是绝缘层，形成电容。栅-源电压改变时，将改变衬底靠近绝缘层处感应电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。P型硅衬底衬底引线BN+N+源极S栅极G漏极D

SiO2

N沟道增强型MOS管5.5场效应管放大电路1)uGS

=0时：D与S之间是两个PN结反向串联，无论D与S之间加什么极性的电压，iD=0。

N沟道增强型MOS管2.工作原理P衬底BN+SGDN+5.5场效应管放大电路

N沟道增强型MOS管2.工作原理2)uGS

>0,uDS

=0：P衬底BN+SGDN+耗尽层由于绝缘层SiO2的存在，栅极电流为零。栅极金属层将聚集大量正电荷，排斥P型衬底靠近SiO2绝缘层的空穴;便剩下不能移动的负离子区，形成耗尽层。5.5场效应管放大电路

N沟道增强型MOS管2.工作原理P衬底BN+SGDN+3)

uGS继续增加，uDS=0：使导电沟道刚刚形成的栅-源电压称为开启电压uGS(th)

。一方面：耗尽层增宽；另外：将衬底的自由电子吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成N型薄层，称为反型层。这个反型层就构成了漏源之间的导电沟道。uGS越大，反型层越厚，导电沟道电阻越小。

反型层5.5场效应管放大电路

N沟道增强型MOS管2.工作原理4)uGS>uGS(th)

，uDS>0：P衬底BN+SGDN+将产生一定的漏极电流iD

。

iD随着的uDS增加而线性增大。此时导电沟道的宽度不再处处相等。5.5场效应管放大电路

N沟道增强型MOS管2.工作原理P衬底BN+SGDN+5)uGS

>uGS(th),uGD

=uGS(th)

：5.5场效应管放大电路随着uDS的增大，uGD减小，当uDS增大到uGD=uGS(th)时，导电沟道在漏极一端产生夹断，称为预夹断。此时继续增加uDS，夹断区会继续左移。但仍然有iD。此时沟道两端电压保持不变，因此漏电流iD几乎不变化，管子进入恒流区。

N沟道增强型MOS管2.工作原理P衬底BN+SGDN+5)uGS

>uGS(th),uGD

=uGS(th)

：iD几乎仅仅决定于uGS

。此时可以把iD

近似看成uGS

控制的电流源。5.5场效应管放大电路制造时,在sio2绝缘层中掺入大量的正离子,即使uGS

=0，在正离子的作用下，源-漏之间也存在导电沟道。只要加正向uDS

，就会产生iD。结构示意图P源极S漏极D

栅极GBN+N+正离子反型层SiO2只有当uGS小于某一值时，才会使导电沟道消失，此时的uGS

称为夹断电压uGS(off)

。

N沟道耗尽型MOS管5.5场效应管放大电路dN沟道符号BsgP沟道符号dBsgdBsgN沟道符号dBsgP沟道符号耗尽型MOS管符号增强型MOS管符号

N沟道耗尽型MOS管5.5场效应管放大电路FETgds+UGS–iDiGiSiD=f(uGS，uDS)iG=

0简化的微变等效电路+ugs–+uds–gmugs5.5场效应管放大电路FET的微变等效电路+ugs–gmugsrds+uds–

场效应管微变等效模型1.

电压控制元件VS

电流控制元件2.放大倍数3.载流子参与导电方面4.场效应管漏、源极VS

晶体管集电、发射极5.类型对比6.功耗7.热稳定性&抗辐射能力

场效应管与晶体管之对比5.5场效应管放大电路5.5场效应管放大电路uiuO自偏压式偏置电路分压式偏置电路+_+++_++UDDCSRGRSRLRD+_+++_++UDDCSRG1RSRLRDRG2uiuO

场效应管放大电路的三种接法5.5场效应管放大电路uiuO_+++_++UDDRGRSRL_+++_++UDDRG1RSRLRG2uiuO

场效应管放大电路的三种接法5.5场效应管放大电路uiuO_+++_++UDDRSRLRD

场效应管放大电路的三种接法+_T+_++++UDDCgRSRG2RLRDRG1uiuO5.5场效应管放大电路微变等效电路gmugsRGui_+iigdsugs_+RDRLuO_+

共源放大电路分析uiuO+_+++_++UDDCSRGRSRLRD5.5场效应管放大电路1、电压放大倍数2、输入、输出电阻ui=ugsuo=-

gmugs

(RD//RL)Au=uoui=-

gm(RD//RL)rirori=RGro=RD

共源放大电路分析gmugsRGui_+iigdsugs_+RDRLuO_+5.6多级放大电路5.6.1

多级放大电路的耦合方式5.6.2

多级放大电路的动态分析将多个单级基本放大电路合理联接，构成多级放大电路组成多级放大电路的每一个基本电路称为一级，级与级之间的连接称为级间耦合。5.6多级放大电路耦合第1级第2级第n-1级第n级输入输出···四种常见的耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合

多级放大电路的耦合方式5.6多级放大电路特点：(1)

良好的低频特性可以放大缓慢变化及直流信号(2)

便于集成化。(3)各级静态工作点互相影响；基极和集电极电位会随着级数增加而上升；(4)零点漂移（如何克服）。uiuORc1Rb1+UCCT1Rc2T2_+_+

直耦合放大电路5.6多级放大电路改进电路：保证第一级集电极有较高的静态电位，但第二级放大倍数严重下降。uiuORc1Rb1+UCCT1Rc2T2_+_+Re2Rc1Rb1+UCCT1Re2Rc2T2ui_+_+uONPN管和PNP管混合使用，可获得合适的工作点。为经常采用的方式。

直耦合放大电路5.6多级放大电路C1RC1Rb1+UCCC2RL+T1+Rc2Rb2C3T2+uiuO特点：静态工作点相互独立，在分立元件电路中广泛使用。低频特性差，不能放大缓慢变化的信号。在集成电路中无法制造大容量电容，不便于集成化。

阻容耦合放大电路5.6多级放大电路特点：各级放大电路静态工作点相互独立，可实现阻抗变换，在分立元件功率放大电路中广泛使用。低频特性差，不能放大缓慢变化的信号。变压器比较笨重，不便于集成化。

变压器耦合放大电路5.6多级放大电路特点：用于电气隔离或进行远距离信号传输的电路；各级放大电路静态工作点相互独立；抗干扰能力强。

光电耦合放大电路5.6多级放大电路电压放大倍数总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即输入、输出电阻输入电阻就是输入级的输入电阻；输出电阻就是输出级的输出电阻。

多级放大电路的动态分析Au=Au1·Au2

···

Aun5.6多级放大电路电路参数如图所示，放大倍数均为50。求静态和动态参数。RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010kUOUi

多级放大电路的动态分析5.6多级放大电路阻容耦合放大电路，两级放大电路的静态值可分别计算。

多级放大电路的动态分析RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010kUOUi5.6多级放大电路阻容耦合放大电路，两级放大电路的静态值可分别计算。RB1C1C2RE1+++–+24VT11M27kUi

多级放大电路的动态分析5.6多级放大电路阻容耦合放大电路，两级放大电路的静态值可分别计算。

多级放大电路的动态分析C2+RC2C3CE+++24V+–T282k43k7.5k51010kUO5.6多级放大电路第一级是射极输出器，它的输入电阻ri1与负载有关。

ri1=RB1//[rbe1+(1+

β)(RE1//ri2)