電子電路場(chǎng)效應(yīng)管放大

1、2022-3-61電路與模擬電子技術(shù)電路與模擬電子技術(shù)原理原理第七章基本放大電路2022-3-62第7章 基本放大電路p7.1 放大電路概述p7.2 晶體管放大電路p7.3 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路p7.4 功率放大電路p7.5 多級(jí)放大電路2022-3-637.3 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 p任何元件，只要能夠?qū)崿F(xiàn)變量之間的控制特性，就可以用來構(gòu)成放大器。p利用晶體管工作在放大區(qū)時(shí)，集電極電流iC受基極電流iB控制（iCiB）這一特征，可以構(gòu)成晶體管放大電路。p利用場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)時(shí)，漏極電流iD受柵源電壓uGS控制的特性，也可以構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管放大電路。 2022-3-647.3 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路p7.3

2、.1 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的工作原理p7.3.2 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的組成p7.3.3 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的近似估算2022-3-657.3.1 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的工作原理p理解場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的工作原理，首先要深入理解場(chǎng)效應(yīng)管本身。 2022-3-661深入理解場(chǎng)效應(yīng)管p場(chǎng)效應(yīng)管的柵極、漏極和源極n源極的意思是“載流子之源” n漏極的意思是“載流子之漏” n柵極這個(gè)名詞來自電子管，其作用是控制漏極和源極之間的電流。p由于柵極電流為零，場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電流與源極電流相等。 2022-3-67場(chǎng)效應(yīng)管的電壓偏置及電流方向2022-3-68場(chǎng)效應(yīng)管電壓偏置及電流方向（續(xù)）pN溝道管的漏極電位高于源極電位，電

3、流從漏極流向源極；pP溝道管的漏極電位低于源極電位，電流從源極流向漏極。p漏源電壓uDS的存在是形成漏極電流iD的原因和必要條件。 2022-3-69場(chǎng)效應(yīng)管電壓偏置及電流方向（續(xù)）p以N溝道管為例，因?yàn)樽杂呻娮訌脑礃O流向漏極（電流方向從漏極指向源極），所以要求uDS0（漏極電位必須高于源極電位），puDS增大將導(dǎo)致iD增大，但是uDS和iD之間的這種正相關(guān)性，卻受到柵極電壓（用uGS表示）作用的強(qiáng)烈影響。 2022-3-610uDS對(duì)載流子運(yùn)動(dòng)（iD）的影響 （1）uDS是用來形成iD的，所以iD理應(yīng)受uDS的影響，二者存在正相關(guān)性；n但是uDS和iD之間的數(shù)值關(guān)系受到溝道變化的重大影響。

4、2022-3-611uGS對(duì)溝道的影響 （2）uGS是用來改變溝道的，n如果uGS引起溝道夾斷，則iD0；n在溝道暢通的情況下，uGS還會(huì)改變溝道的寬窄，進(jìn)而改變漏極和源極之間的導(dǎo)電特性，從而改變uDS和iD的比例系數(shù)，這相當(dāng)于漏極和源極之間的存在著一個(gè)受uGS控制的可變電阻。 2022-3-612uGS與uDS 共同改變溝道 （3）uGS對(duì)溝道的改變又受到uDS的影響。n預(yù)夾斷時(shí)，電流iD在uDS變化時(shí)基本保持穩(wěn)定。 n（請(qǐng)?jiān)敿?xì)閱讀教材） 2022-3-613場(chǎng)效應(yīng)的外部偏置條件 pN溝道場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的外部偏置條件是uDS過高導(dǎo)致uGD過低，低到不足以維持溝道暢通的程度。p此時(shí)溝道發(fā)

5、生預(yù)夾斷，iD基本上不隨uDS變化而取決于uGS的值，并以轉(zhuǎn)移特性來表示。 p當(dāng)uDS較小時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管不會(huì)發(fā)生預(yù)夾斷，也就不會(huì)進(jìn)入恒流區(qū)，而是工作在可變電阻區(qū)，此時(shí)的iD既取決于uDS，又取決于uGS。 2022-3-6147.3.1 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的工作原理p場(chǎng)效應(yīng)管的柵極、漏極和源極分別對(duì)應(yīng)晶體管的基極、集電極和發(fā)射極，p場(chǎng)效應(yīng)管放大電路也可以組成共柵、共漏、共源放大電路。 p要讓場(chǎng)效應(yīng)管放大電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的放大，也必須確保場(chǎng)效應(yīng)管能夠不失真地工作在恒流區(qū)（飽和區(qū)），p而要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就必須給場(chǎng)效應(yīng)管提供合適的偏置（自偏壓和分壓式偏壓 ）2022-3-6152場(chǎng)效應(yīng)管工作狀態(tài)的確定p

6、場(chǎng)效應(yīng)管的工作狀態(tài)，既可以從電壓角度來判斷，也可以從電流角度來判斷。 n從電壓角度看，場(chǎng)效應(yīng)管的外加電壓必須能夠確?！皽系李A(yù)夾斷”uGS能確保溝道存在，uDS能確保溝道預(yù)夾斷。n從電流角度看，場(chǎng)效應(yīng)管的控制特性以平方關(guān)系出現(xiàn)。 2022-3-616N溝道耗盡型FET工作狀態(tài)p截止區(qū)：n柵源電壓過低，導(dǎo)致溝道夾斷UGSUP iD0 2022-3-617N溝道耗盡型FET工作狀態(tài)（續(xù)）p恒流區(qū)：n柵源電壓夠高，保證溝道存在；n漏源電壓過高，溝道預(yù)夾斷 UPUGS0，UDSUGS-UP 21PGSDSSDUUII2022-3-618N溝道耗盡型FET工作狀態(tài)（續(xù)）p可變電阻區(qū)：n柵源電壓夠高，保證溝

7、道存在；n漏源電壓夠低，溝道未發(fā)生預(yù)夾斷UPUGS0，0UDSUGS-UP 212PDSPDSPGSDSSDUUUUUUII2022-3-6197.3.2 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的組成 p共柵、共漏、共源p要讓場(chǎng)效應(yīng)管放大電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的放大，也必須確保場(chǎng)效應(yīng)管能夠不失真地工作在恒流區(qū)（飽和區(qū)），而要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就必須給場(chǎng)效應(yīng)管提供合適的偏置， 2022-3-6201自偏壓電路 p由于iG0，以及電容C1的隔直作用，柵極電阻RG上不可能有直流電流流過，所以柵極直流電壓UG0。 2022-3-621自偏壓電路（續(xù)）p又因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管的iDiS，于是源極直流電壓US就等于源極電阻Rs上的直流電壓： U

8、SRsID p于是柵源電壓UGSUGUSIDRs pID為零時(shí)，UGS0，耗盡型FET的導(dǎo)電溝道就已經(jīng)存在。 2022-3-622自偏壓電路（續(xù)）p自偏壓電路要求柵極無電壓時(shí)就存在導(dǎo)電溝道，所以只能適用于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管。p結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管在沒有柵極電壓的時(shí)候也存在導(dǎo)電溝道，所以也屬于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管。 2022-3-6232分壓式偏置電路 p分壓式偏置既適用于增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管也適用于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管。2022-3-6247.3.3 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的近似估算 p場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的分析與晶體管類似，也要先進(jìn)行直流分析，得到靜態(tài)工作點(diǎn)；再進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，得到放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等交流參數(shù)。p分析方法可

9、以使用估算法（等效電路法）或圖解法。 2022-3-6251場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析 p場(chǎng)效應(yīng)管放大電路靜態(tài)分析的思路，是首先確定管子的工作狀態(tài)，再計(jì)算此工作狀態(tài)下的靜態(tài)工作點(diǎn)（IDQ，UGSQ，UDSQ）。p應(yīng)記住場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制器件，柵極只需要偏壓，不需要偏流（IG0），所以漏極電流恒等于源極電流（iDiS）。p利用這個(gè)特性，再結(jié)合基爾霍夫定律和場(chǎng)效應(yīng)管伏安特性關(guān)系方程即可求解。 2022-3-626場(chǎng)效應(yīng)管電路靜態(tài)分析思路（續(xù)）p假設(shè)其工作于某個(gè)特定區(qū)域，并求解此狀態(tài)下的G-S回路和D-S回路方程，p如果所得到的結(jié)果符合假設(shè)區(qū)域的偏置條件，說明我們的假設(shè)正確；p否則說明我們的假設(shè)

10、不正確，應(yīng)作出新的假設(shè)。 2022-3-627場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)分析步驟p首先確定場(chǎng)效應(yīng)管工作狀態(tài)，步驟如下： n(1)假設(shè)FET工作于截止區(qū)，則ID0，IG0 在此前提下計(jì)算UGS，驗(yàn)證 UGSUP 是否成立。如果成立，則說明FET處于截止區(qū)。否則進(jìn)行第二步。 2022-3-628場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)分析步驟（續(xù)）p(2)假設(shè)FET工作于恒流區(qū)，則IG0 在此前提下計(jì)算UGS，驗(yàn)證 UPUGS0，UDSUGSUP 是否成立。如果成立，則說明FET處于恒流區(qū)，否則進(jìn)行第三步。 21PGSDSSDUUII2022-3-629場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)分析步驟（續(xù)）p(3)假設(shè)FET工作于可變電阻區(qū)，則 IG0 在此前提下計(jì)

11、算UGS，驗(yàn)證UPUGS0，0UDSUGSUP 是否成立。如果成立，則說明FET處于可變電阻區(qū)，否則應(yīng)考慮場(chǎng)效應(yīng)管是否已經(jīng)擊穿。 212PDSPDSPGSDSSDUUUUUUII2022-3-630場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)分析步驟（續(xù)）p其次根據(jù)已知狀態(tài)計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)（ID，UGS，UDS）。 2022-3-631場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例【例7-4】已知UDD6V，Rd750，Rs500，場(chǎng)效應(yīng)管的UP4V，IDSS16mA，求靜態(tài)工作點(diǎn)。 2022-3-632場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例（續(xù)）【解】首先畫出直流通路，如圖7-27所示。 因?yàn)闁艠O電流IG0，柵極電阻Rg上無電流，可知 UG0 又因?yàn)閁SIDRs UGSUGUSIDRs 2022-3-633場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例（續(xù)）下面分析場(chǎng)效應(yīng)管的工作狀態(tài)。 (1)假設(shè)FET工作于截止區(qū)，則ID0 UGSIDRs0(V) 不滿足UGSUP的條件，說明FET不能工作于截止區(qū)。 2022-3-634場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例（續(xù)）(2)假設(shè)FET工作于恒流區(qū)，得場(chǎng)效應(yīng)管特性方程 再根據(jù)G-S回路寫出柵源電壓表達(dá)式 UGSID500 求解，可驗(yàn)證場(chǎng)效應(yīng)管不能工作于恒流區(qū) （詳細(xì)步驟見教材）2324110161GSPGSDSSDUUUII2022-3-635場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)分析舉例（續(xù)）(3)假設(shè)FET工作于可變電阻區(qū)，則UDSUDDIDRdIDRs6ID1250 U