MOS场效应管放大电路

§5.3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。现在是1页\一共有57页\编辑于星期一§5.3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、应用举例现在是2页\一共有57页\编辑于星期一一、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：现在是3页\一共有57页\编辑于星期一一、场效应管的偏置电路

在静态时，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。现在是4页\一共有57页\编辑于星期一一、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：现在是5页\一共有57页\编辑于星期一一、场效应管的偏置电路现在是6页\一共有57页\编辑于星期一二、场效应管静态工作点的确定1、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。现在是7页\一共有57页\编辑于星期一二、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。现在是8页\一共有57页\编辑于星期一二、场效应管静态工作点的确定2、解析法

⑴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：现在是9页\一共有57页\编辑于星期一二、场效应管静态工作点的确定⑵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：现在是10页\一共有57页\编辑于星期一二、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。而现在是11页\一共有57页\编辑于星期一三、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现在是12页\一共有57页\编辑于星期一场效应管的低频小信号等效模型

与晶体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：现在是13页\一共有57页\编辑于星期一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：现在是14页\一共有57页\编辑于星期一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。现在是15页\一共有57页\编辑于星期一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：⑴由转移特性曲线可知，gm是uDS=UDSQ那条曲线上Q点处的导数。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。现在是16页\一共有57页\编辑于星期一场效应管的低频小信号等效模型⑵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。现在是17页\一共有57页\编辑于星期一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：现在是18页\一共有57页\编辑于星期一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：现在是19页\一共有57页\编辑于星期一场效应管的低频小信号等效模型增强型MOS管在小信号作用时，可用IDQ代替iD，得出：现在是20页\一共有57页\编辑于星期一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：现在是21页\一共有57页\编辑于星期一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：现在是22页\一共有57页\编辑于星期一场效应管的高频等效模型

场效应管各极之间同样也存在电容，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：

现在是23页\一共有57页\编辑于星期一场效应管的高频等效模型大多数场效应管的参数如下表：现在是24页\一共有57页\编辑于星期一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g~d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：

现在是25页\一共有57页\编辑于星期一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:现在是26页\一共有57页\编辑于星期一⑴电路结构2、共源放大电路的分析现在是27页\一共有57页\编辑于星期一2、共源放大电路的分析⑵交流分析先画出交流通路：现在是28页\一共有57页\编辑于星期一2、共源放大电路的分析⑵交流分析再画出交流等效电路：现在是29页\一共有57页\编辑于星期一再根据等效电路计算交流性能：①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现在是30页\一共有57页\编辑于星期一2、共源放大电路的分析

如果有信号源内阻RS时：

②输入电阻

Ri=

=Rg1∥Rg2③输出电阻

RO=RD现在是31页\一共有57页\编辑于星期一3、共漏放大电路的分析⑴电路结构一个共漏放大器的电路图如下：现在是32页\一共有57页\编辑于星期一3、共漏放大电路的分析⑵交流分析先画出交流通路：现在是33页\一共有57页\编辑于星期一3、共漏放大电路的分析⑵交流分析再画出交流等效电路：现在是34页\一共有57页\编辑于星期一3、共漏放大电路的分析再根据等效电路计算交流性能：①电压放大倍数：现在是35页\一共有57页\编辑于星期一3、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。现在是36页\一共有57页\编辑于星期一3、共漏放大电路的分析②输入电阻：现在是37页\一共有57页\编辑于星期一3、共漏放大电路的分析③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点相同现在是38页\一共有57页\编辑于星期一4、共栅放大电路的分析⑴电路结构一个共栅放大器的电路图如下：现在是39页\一共有57页\编辑于星期一4、共栅放大电路的分析⑵交流性能分析先画出交流通路：现在是40页\一共有57页\编辑于星期一4、共栅放大电路的分析⑵交流性能分析再画出交流等效电路：现在是41页\一共有57页\编辑于星期一再根据等效电路计算交流性能：4、共栅放大电路的分析现在是42页\一共有57页\编辑于星期一四、场效应管三种组态放大性能的比较现在是43页\一共有57页\编辑于星期一五、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。现在是44页\一共有57页\编辑于星期一五、应用举例解：1、计算静态工作点Q现在是45页\一共有57页\编辑于星期一五、应用举例现在是46页\一共有57页\编辑于星期一五、应用举例现在是47页\一共有57页\编辑于星期一五、应用举例2、计算输入电阻Ri和输出电阻RO现在是48页\一共有57页\编辑于星期一五、应用举例3、计算电压放大倍数。现在是49页\一共有57页\编辑于星期一五、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。现在是50页\一共有57页\编辑于星期一五、应用举例解：1、计算静态工作点Q现在是51页\一共有57页\编辑于星期一五、应用举例现在是52页\一共有57页\编辑于星期一五、应用举例现在是53页\一共有57页\编辑于星期一五、应用举例2、计算输入电阻Ri和输出电阻RO现在是54页\一共有57页\编辑于星期一五、应用举例3、计算电压放大倍数。现在是55页\一共有57页\编辑于星期一注意事项(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)结型场效应管的栅源电压UGS不能加正向电压，因为它工作在反偏状态。通常各极在开路状态下保存。现在是56页\一共有