场效应晶体管及其放大电路《模拟电子技术基础》课件全集

场效应晶体管及其放大电路本节课将深入学习场效应晶体管及其在放大电路中的应用。我们将介绍场效应晶体管的工作原理、分类和特性，并探讨其在不同电路中的应用。导言场效应晶体管场效应晶体管是一种重要的半导体器件，在现代电子设备中发挥着至关重要的作用。它具有体积小、功耗低、可靠性高、易于集成等优点，广泛应用于放大、开关、信号处理等电路。放大电路放大电路是电子电路中的重要组成部分，其作用是将微弱的信号放大到可以被利用的程度。场效应晶体管放大电路是常用的放大电路形式，它具有工作稳定、频率特性好、功耗低等优点。场效应管简介场效应晶体管(FET)是一种具有三个端子的半导体器件，它利用电场来控制电流流动。场效应管主要应用于放大电路、开关电路和功率控制电路等。MOS场效应管结构N沟道MOSFETN沟道MOSFET主要由P型半导体衬底、N型半导体源极和漏极以及绝缘层上的栅极组成。P沟道MOSFETP沟道MOSFET与N沟道MOSFET结构类似，但衬底和源极、漏极的掺杂类型相反，栅极由N型半导体组成。结构特点MOSFET的结构特点决定了其工作原理，即通过栅极电压控制源极和漏极之间的电流。MOS场效应管基本工作原理场效应管工作原理主要基于电场控制电流。1栅极电压控制通道栅极电压控制着漏极和源极之间通道的形成与消失。2通道电流产生当通道形成后，漏极和源极之间的电压差会驱动电流流过通道。3电流大小与电压相关通道电流的大小与栅极电压和漏极-源极电压的差值有关。场效应管利用栅极电压控制通道电流，从而实现电流放大作用。MOS场效应管基本参数参数符号单位描述阈值电压VthV开启沟道所需栅源电压导通电阻RonΩ沟道开启后，源漏极间的电阻最大漏极电流IdssA栅极电压为零时，漏极电流最大值跨导gmS漏极电流随栅极电压变化率输出电阻RoΩ漏极电流随漏极电压变化率MOS场效应管静态特性场效应管的静态特性是指在直流工作状态下，场效应管的输出电流与输入电压之间的关系。这些特性曲线可以帮助我们了解场效应管在不同工作条件下的性能。静态特性曲线通常包括：这些曲线可以帮助我们确定场效应管在不同工作条件下的电流和电压关系，从而选择合适的场效应管用于不同的应用。MOS场效应管等效电路模型MOS场效应管等效电路模型用于简化分析，使设计过程更加便捷。常见的模型包括小信号模型和大信号模型。小信号模型主要用于分析线性电路，适用于信号幅度较小的情况。大信号模型则用于分析非线性电路，适用于信号幅度较大或发生非线性变化的情况。共源极放大电路分析电路结构共源极放大电路是应用最为广泛的一种场效应管放大电路，它的输出端连接着场效应管的漏极。工作原理输入信号通过电容耦合到栅极，信号电压改变栅极电压，进而控制漏极电流，最终输出信号。特点共源极放大电路具有输入阻抗高、输出阻抗低、电压增益中等的特点。应用共源极放大电路广泛应用于各种模拟电路中，例如电压放大、缓冲放大等。共源极放大电路设计1确定工作点选择合适的静态工作点是共源极放大电路设计的重要一步，需要考虑静态电流、电压和信号幅度等因素。2选择合适元件根据工作点和设计目标，选择合适的场效应管、电阻、电容等元件，并确定元件参数。3调整电路参数通过调整电阻、电容等元件参数，优化电路性能，例如放大倍数、输入阻抗、输出阻抗、频率响应等。共漏极放大电路分析1输出特性输出电压与输出电流的关系2输入特性输入电压与输入电流的关系3传递特性输出电压与输入电压的关系共漏极放大电路又称为射极跟随器，具有电压跟随特性。共栅极放大电路分析输入信号输入信号施加到场效应管的栅极，通过栅极电压控制漏极电流。电流放大栅极电流很小，但漏极电流会随着栅极电压的变化而放大，实现电流放大功能。电压放大由于负载电阻的存在，漏极电流的变化会引起输出电压的变化，实现电压放大。输出特性共栅极放大电路具有高输入阻抗、低输出阻抗、电压放大倍数为负值的特点。栅控电压源特性分析栅控电压源是利用MOS场效应管的栅极电压控制电流的特性实现的。栅控电压源通常用于模拟电路中的电压参考源、电流源等。1输出阻抗栅控电压源具有高输出阻抗，可以有效地抑制负载变化的影响。2输出电压栅控电压源的输出电压可以通过调节栅极电压来控制。3稳定性栅控电压源的输出电压具有良好的稳定性，不受负载变化的影响。4效率栅控电压源的效率很高，可以有效地节省能量。栅控电压源放大电路栅控电压源放大电路是利用场效应晶体管的栅极电压控制电流，实现电压放大的一种电路。1原理利用场效应管的栅极电压控制电流，实现电压放大。2应用广泛应用于各种电子电路，例如音频放大器、视频放大器、仪器仪表等。3特点输入阻抗高，输出阻抗低，增益稳定，带宽较宽。4类型主要有共源极、共漏极和共栅极三种类型。栅控电压源放大电路是一种重要的放大电路，在电子电路设计中有着广泛的应用。场效应管基本放大电路性能比较电压增益共源极放大电路具有最高电压增益，而共漏极放大电路增益接近于1。输入阻抗共源极和共栅极放大电路输入阻抗较高，共漏极放大电路输入阻抗较低。输出阻抗共漏极放大电路输出阻抗较低，而共源极和共栅极放大电路输出阻抗较高。频率响应共源极放大电路的频率响应较差，而共漏极和共栅极放大电路具有较好的高频特性。场效应管放大电路偏置设计1工作点稳定保证放大器在温度变化和元器件参数变化的情况下，工作点能够保持稳定。2静态电流合理设置静态电流可以提高放大器的输出功率和线性度。3直流电压保证输入和输出端直流电压处于合理的范围，避免信号失真或器件损坏。场效应管放大电路耦合方式直耦合直耦合电路简洁，但容易受到直流漂移的影响。它适用于低频信号放大，但不能用于高频信号放大。电容耦合电容耦合电路可以阻挡直流信号，适用于高频信号放大，但频率响应受到电容值的限制。变压器耦合变压器耦合电路可以隔离直流信号，实现阻抗匹配，但成本较高，适合处理高功率信号。其他耦合方式还有其他耦合方式，例如电感耦合，用于特殊应用场景。场效应管放大电路频率特性频率特性影响低频响应耦合电容，旁路电容高频响应寄生电容，结电容，扩散电容场效应管放大电路的频率特性受到寄生电容和耦合电容的影响。寄生电容包括结电容和扩散电容，主要影响高频响应。场效应管放大电路小信号分析场效应管放大电路的小信号分析主要基于小信号模型来进行。通过将非线性器件进行线性化，可以用线性电路的理论来分析电路的工作情况。1线性化将场效应管的非线性特性简化为线性模型2线性电路理论利用线性电路理论来分析电路的工作情况3增益放大电路的增益是指输出信号幅度与输入信号幅度的比值4频率响应放大电路对不同频率信号的放大能力场效应管放大电路的小信号分析主要关注其增益、频率响应、输入阻抗和输出阻抗等参数。通过分析这些参数，可以了解放大电路的性能，并进行电路设计和优化。场效应管放大电路大信号分析放大电路输入信号大信号分析主要研究放大电路在大信号输入下的性能，包括最大输出电压、电流、功率等。通过分析电路在大信号输入下的工作状态，可以确定电路的非线性特性，例如失真、交叉失真、饱和等。场效应管放大电路稳定性1稳定性影响因素场效应管放大电路稳定性受多种因素影响，如工作点漂移、电源波动、温度变化等。2负反馈稳定化引入负反馈可以改善放大电路稳定性，提高放大电路抗干扰能力。3稳定性指标放大电路稳定性指标主要包括温度漂移、电源抑制比、共模抑制比等。4稳定性测试测试放大电路稳定性可采用多种方法，例如温度变化测试、电源波动测试等。场效应管差分放大电路1差模信号两个输入端电压差2共模信号两个输入端电压平均值3差分放大放大差模信号，抑制共模信号场效应管差分放大电路广泛应用于各种模拟电路中，例如音频放大器和运算放大器。它能够有效放大差模信号，同时抑制共模信号，提高电路的抗干扰能力。场效应管差分放大电路设计1输入信号首先，应选择合适的输入信号，例如音频信号或视频信号，以便根据应用需求进行放大。2偏置电路设计合适的偏置电路，以确保晶体管工作在最佳状态，并提供稳定的输出。3耦合方式选择合适的耦合方式，例如电容耦合或直流耦合，以满足信号传输的要求。4反馈网络可以选择合适的反馈网络，以提高电路的稳定性和抗噪声能力。5滤波电路设计滤波电路，以消除电路中的噪声和干扰，获得更纯净的输出信号。场效应管差分放大电路性能高输入阻抗低输出阻抗高共模抑制比良好的线性度较高的增益低失真小结场效应管放大电路场效应管放大电路具有高输入阻抗、低输出阻抗、低功耗等优点，广泛应用于各种电子设备中。电路分析与设计掌握场效应管放大电路的工作原理，能够进行电路分析、设计和调试。应用领域从基本放大电路到差分放大电路，以及多种应用场景，如音频放大、视频放大、仪器放大等。复习场效应晶体管复习场效应晶体管的结构、工作原理和特性，包括MOSFET和JFET。基本放大电路回顾共源极、共漏极和共栅极放大电路，分析其工作原理和特性。偏置设计复习场效应管放大电路的偏置设计方法，包括静态工作点选择和稳定性分析。频率特性回顾场效应管放大电路的频率特性，包括截止频率和带宽。思考题本节课内容涵盖了场效应晶体管及其放大电路的基础知识。为了帮助大家更深入地理解这些知识，请思考以下问题：1.场效应晶体管与双极型晶体管相比，有哪些优缺点？2.共源极、共漏极、共栅极放大电路分别有哪些特点？3.场效应管放大电路的偏置设计和耦合方式有哪些？4.场效应管放大电路的频率特性和稳定性是如何