第二章3

場效應管放大電路

單管放大器總結單管放大器總結場效應管的分類（P49）按工藝結構分兩類：結型和絕緣柵型（MOS）按溝道材料分兩類：N溝道和P溝道按導電方式分兩類：耗盡型與增強型。共有6類：結型管只有耗盡型：結型耗盡型N溝道結型耗盡型P溝道絕緣柵型（MOS）既有耗盡型，又有增強型：N溝道耗盡型N溝道增強型；P溝道耗盡型P溝道增強型123456增強型:UG=0,ID=0(類電子管)均為耗盡型耗盡型:UG=0,ID≠0(類PN結)類PN結場效應三極管型號命名方法(兩種)第一種命名方法（與雙極型三極管相同）：第三位字母J代表結型場效應管，O代表絕緣柵場效應管。第二位字母代表材料，D是P型硅N溝道；C是N型硅P溝道。 例如,3DJ6D是結型P溝道場效應三極管，3DO6C是絕緣柵型N溝道場效應三極管。第二種命名方法（CS××#）：CS代表場效應管，××以數(shù)字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規(guī)格。例如CS14A、CS45G等場效應管的參數(shù)1、IDSS—飽和漏源電流：柵極電壓UGS=0時的漏源電流（結型或耗盡型絕緣柵場效應管）2、UP—夾斷電壓：漏-源間剛截止時的柵極電壓（結型或耗盡型絕緣柵場效應管）3、UT—開啟電壓：漏源間剛導通時的柵極電壓（增強型絕緣柵場效管）4、gM—跨導：柵源電壓UGS

對漏極電流ID的控制能力（即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值）。是衡量場效應管放大能力的重要參數(shù)。5、BUDS—漏源擊穿電壓（極限參數(shù)）：柵源電壓UGS一定時，場效應管正常工作所能承受的最大漏-源電壓。（重要極限參數(shù)：場效應管的工作電壓必須小于BUDS?。?、PDSM—最大耗散功率（極限參數(shù)）：令場效應管性能正常所允許的最大漏-源耗散功率。（場效應管實際功耗應小于PDSM并留有一定余量?。?、IDSM—最大漏源電流（極限參數(shù)）：場效應管正常工作時，漏源間所允許通過的最大電流（場效應管的工作電流不允許超過IDSM）。一、場效應管（以結型N溝道為例）

場效應管有三個極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d），對應于晶體管的e、b、c；有三個工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對應于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。1.結型場效應管符號結構示意圖柵極漏極源極導電溝道單極型器件∶噪聲小、抗輻射能力強、低電壓工作柵-源電壓對導電溝道寬度的控制作用溝道最寬溝道變窄溝道消失稱為夾斷

uGS可以控制導電溝道的寬度。為什么g-s必須加負電壓？UGS（off）漏-源電壓對漏極電流的影響uGS＞UGS（off）且不變，VDD增大，iD增大。預夾斷uGD＝UGS（off）

VDD的增大，幾乎全部用來克服溝道的電阻，iD幾乎不變，進入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定于uGS。場效應管工作在恒流區(qū)的條件是什么？uGD>UGS（off）uGD<UGS（off）夾斷電壓漏極飽和電流轉移特性場效應管工作在恒流區(qū)，因而uGS＞UGS（off）且uGD＜UGS（off）。uDG＞－UGS（off）g-s電壓控制d-s的等效電阻輸出特性預夾斷軌跡，uGD＝UGS（off）可變電阻區(qū)恒流區(qū)iD幾乎僅決定于uGS擊穿區(qū)夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓IDSSΔiD不同型號的管子UGS（off）、IDSS將不同。低頻跨導：跨導乃電阻的倒數(shù)，毫安/伏（MA/V）與毫西（mS）表示的是一樣的量綱

2.絕緣柵型場效應管

uGS增大，反型層（導電溝道）將變厚變長。當反型層將兩個N區(qū)相接時，形成導電溝道。SiO2絕緣層襯底耗盡層空穴高摻雜反型層增強型管大到一定值才開啟增強型MOS管uDS對iD的影響

用場效應管組成放大電路時應使之工作在恒流區(qū)。N溝道增強型MOS管工作在恒流區(qū)的條件是什么？

iD隨uDS的增大而增大，可變電阻區(qū)

uGD＝UGS（th）,預夾斷

iD幾乎僅僅受控于uGS，恒流區(qū)剛出現(xiàn)夾斷uGS的增大幾乎全部用來克服夾斷區(qū)的電阻耗盡型MOS管

耗盡型MOS管在

uGS＞0、

uGS

＜0、

uGS

＝0時均可導通，且與結型場效應管不同，由于SiO2絕緣層的存在，在uGS＞0時仍保持g-s間電阻非常大的特點。加正離子小到一定值才夾斷uGS=0時就存在導電溝道MOS管的特性1)增強型MOS管2)耗盡型MOS管開啟電壓夾斷電壓利用Multisim測試場效應管的輸出特性從輸出特性曲線說明場效應管的哪些特點？場效應管

放大電路3.場效應管的分類

工作在恒流區(qū)時g-s、d-s間的電壓極性耗盡型柵極可反偏(可正偏)均有ID：UG=0,ID≠0漏極加正電壓漏極加負電壓類NPN管類PNP管增強型柵極須正偏反偏無ID：UG=0,ID=0二、場效應管靜態(tài)工作點的設置方法場效應管工作在恒流區(qū)在柵g-源s間加柵偏壓VGS在漏d-源s間加正電壓VDS柵極輸入的信號電壓ui將會被放大gm倍（跨導）即漏極輸出電壓VDS和電流ID被柵極電壓VGS控制1.基本共源放大電路原理VGSVDSgmIDg-s電壓控制d-s的等效電阻輸出特性預夾斷軌跡，uGD＝UGS（off）可變電阻區(qū)恒流區(qū)iD幾乎僅決定于uGS擊穿區(qū)夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓IDSSΔiD不同型號的管子UGS（off）、IDSS將不同。低頻跨導：跨導乃電阻的倒數(shù)，單位：毫安/伏（mA/V）（又稱：毫西（mS），表示相同的量綱）g-s電壓控制d-s的等效電阻即飽和區(qū)輸出特性預夾斷軌跡，uGD＝UGS（off）可變電阻區(qū)恒流區(qū)iD幾乎僅決定于uGS即放大區(qū)擊穿區(qū)夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓IDSSΔiD不同型號的管子UGS（off）、IDSS將不同?？鐚Вǚ糯蟊稊?shù)）：跨導乃電阻的倒數(shù)，單位：毫安/伏（mA/V）（又稱：毫西（mS），表示相同的量綱）MOS管的特性1)增強型MOS管2)耗盡型MOS管開啟電壓夾斷電壓MOS管的特性2)耗盡型MOS管夾斷電壓QQiDUGSUDS2.自給偏壓電路漏極電流ID在源極電阻RS的壓降是柵-源之間的負偏壓URS稱為自給偏壓自給偏壓URE具有穩(wěn)定工作點的作用IDURs+-3.分壓式偏置電路A點電壓UA即為柵-源電壓UGS因為沒有柵極電流，Rg3上便沒有電壓降故：UGS=URg1所以Rg3的阻值可以很大，以提高輸入阻抗（從而提高電壓放大倍數(shù)）UGS=VDD?Rg1/(Rg1+Rg2)即典型的Q點穩(wěn)定電路UAUGSCMOS放大器

授課結束單管放大器

總結性能指標信號源信號源內(nèi)阻輸入電壓輸入電流輸出電壓輸出電流輸入電壓Ui：輸入信號源Us在放大電路內(nèi)阻Ri上的電壓降輸出電壓Uo：放大產(chǎn)生的輸出信號電流Io，在負載上的電壓降1.放大倍數(shù)：輸出量與輸入量之比最常用參數(shù)（常測）輸入電壓：輸入信號源Us在放大電路內(nèi)阻Ri上的電壓降輸入電流電壓放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)互阻放大倍數(shù)互導放大倍數(shù)阻抗電導信號源信號源內(nèi)阻輸入電壓：輸入信號源Us在放大電路內(nèi)阻Ri上的電壓降輸入電流2.輸入電阻和輸出電阻輸出電阻：將輸出信號等效成有內(nèi)阻的電壓源，內(nèi)阻Ro就是輸出電阻。輸入等效電阻：輸入電壓與輸入電流有效值之比：輸入電阻：從輸入端看進去的等效電阻輸出等效電阻：空載電壓U’O減去有載電壓UO除以輸出電流iO

：輸出電流io2.電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻輸入電阻中不應含有Rs!輸出電阻中不應含有RL!簡化的h參數(shù)等效電路－交流等效模型查閱手冊基區(qū)體電阻發(fā)射結電阻發(fā)射區(qū)體電阻數(shù)值小可忽略利用PN結的電流方程可求得由IEQ算出在輸入特性曲線上，Q點越高，rbe越?。?.通頻帶：原理：由于寄生電感、電容（布線電感、電容及放大管PN結的電容效應等）使放大電路在較低頻率和較高頻率時電壓放大倍數(shù)均會下降，并會產(chǎn)生相移。放大量較大的是中間頻率。不低于中間頻率放大倍數(shù)0.707倍的頻率帶，稱通頻帶。功能：衡量放大電路對不同頻率信號的適應能力。下限頻率上限頻率電路的串聯(lián)電容影響電路的并聯(lián)電容影響通頻帶4.最大不失真輸出電壓Uom：交流有效值。5.最大輸出功率Pom和效率η：功率放大電路的參數(shù)

Uom=Upp/√2 【電壓峰值/2的平方根】，或者：Uom=Uppx0.707或者：Uom=Upp÷1.414【與交流電壓整流成直流電壓的原理、公式相同】最大輸出功率Pom=Uom.Iom

電壓.電流效率η=PV

/Pom

電源輸出功率/放大器輸出功率讀作：yi

ta，希臘字母電源耗散功率復習一1.將圖中的NPN型晶體管共射放大電路改為PNP型晶體管共射放大電路。2.畫出電路的直流通路和交流通路。復習一1.將圖中的NPN型晶體管共射放大電路改為PNP型晶體管共射放大電路。2.畫出電路的直流通路和交流通路。復習一1.將圖中的NPN型晶體管共射放大電路改為PNP型晶體管共射放大電路。2.畫出電路的直流通路和交流通路。復習一等效電路法半導體器件的非線性特性使放大電路的分析復雜化。利用線性元件建立模型，來描述非線性器件的特性。1.直流模型：適于Q點的分析理想二極管利用估算法求解靜態(tài)工作點，實質(zhì)上利用了直流模型。輸入回路等效為恒壓源輸出回路等效為電流控制的電流源2.晶體管的h參數(shù)等效模型（交流等效模型）在交流通路中可將晶體管看成為一個二端口網(wǎng)絡，輸入回路、輸出回路各為一個端口。低頻小信號模型在低頻、小信號作用下的關系式交流等效模型（按式子畫模型）電阻(系數(shù))無量綱(系數(shù))無量綱電導h參數(shù)的物理意義b-e間的動態(tài)電阻電壓反饋系數(shù)電流放大系數(shù)c-e間的電導分清主次，合理近似！什么情況下h12和h22的作用可忽略不計？簡化的h參數(shù)等效電路－交流等效模型查閱手冊基區(qū)體電阻發(fā)射結電阻發(fā)射區(qū)體電阻數(shù)值小可忽略利用PN結的電流方程可求得由IEQ算出在輸入特性曲線上，Q點越高，rbe越??！3.放大電路的動態(tài)分析放大電路的交流等效電路動態(tài)分析：阻容耦合共射放大電路的放大倍數(shù)、輸入、輸出阻抗輸入電阻中不應含有Rs!輸出電阻中不應含有RL!討論一1.在什么參數(shù)、如何變化時Q1→Q2→Q3→Q4？2.從輸出電壓上看，哪個Q點下最易產(chǎn)生截止失真？哪個Q點下最易產(chǎn)生飽和失真？哪個Q點下Uom最大？3.設計放大電路時，應根據(jù)什么選擇VCC？2.空載和帶載兩種情況下Uom分別為多少？在圖示電路中，有無可能在空載時輸出電壓失真，而帶上負載后這種失真消除？增強電壓放大能力的方法？討論二已知ICQ＝2mA，UCES＝0.7V。

1.在空載情況下，當輸入信號增大時，電路首先出現(xiàn)飽和失真還是截止失真？若帶負載的情況下呢？討論三：基本共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析QIBQ≈35μAUBEQ≈0.65V為什么用圖解法求解IBQ和UBEQ？討論四：阻容耦合共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析討論五：波形分析

失真了嗎？如何判斷？原因？飽和失真§2.4靜態(tài)工作點的穩(wěn)定一、溫度對靜態(tài)工作點的影響二、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點的方法一、溫度對靜態(tài)工作點的影響

所謂Q點穩(wěn)定，是指ICQ和UCEQ在溫度變化時基本不變，這是靠IBQ的變化得來的。若溫度升高時要Q’回到Q，則只有減小IBQT（℃）→β↑→ICQ↑→Q’ICEO↑若UBEQ不變IBQ↑Q’二、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路

直流通路？Ce為旁路電容，在交流通路中可視為短路1.電路組成2.穩(wěn)定原理為了穩(wěn)定Q點，通常I1>>IB，即I1≈I2；因此基本不隨溫度變化。設UBEQ＝UBE＋ΔUBE，若UBQ－UBE>>ΔUBE，則IEQ穩(wěn)定。Re的作用T(℃)↑→IC↑→UE↑→UBE↓（UB基本不變）→IB↓→IC↓Re起直流負反饋作用，其值越大，反饋越強，Q點越穩(wěn)定。關于反饋的一些概念：將輸出量通過一定的方式引回輸入回路影響輸入量的措施稱為反饋。直流通路中的反饋稱為直流反饋。反饋的結果使輸出量的變化減小的稱為負反饋，反之稱為正反饋。Re有上限值嗎？IC通過Re轉換為ΔUE影響UBE溫度升高IC增大，反饋的結果使之減小3.

Q點分析分壓式電流負反饋工作點穩(wěn)定電路Rb上靜態(tài)電壓是否可忽略不計？判斷方法：4.動態(tài)分析利?弊?無旁路電容Ce時：如何提高電壓放大能力？減小了放大倍數(shù)穩(wěn)定了放大倍數(shù)三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點的方法引入直流負反饋溫度補償：利用對溫度敏感的元件，在溫度變化時直接影響輸入回路。例如，Rb1或Rb2采用熱敏電阻。它們的溫度系數(shù)？討論一若采用了措施，則是什么措施？圖示兩個電路中是否采用了措施來穩(wěn)定靜態(tài)工作點？§2.5晶體管放大電路的三種接法一、基本共集放大電路二、基本共基放大電路三、三種接法放大電路的比較一、基本共集放大電路1.靜態(tài)分析2.動態(tài)分析：電壓放大倍數(shù)故稱之為射極跟隨器Uo＜Ui2.動態(tài)分析：輸入電阻的分析Ri與負載有關！RL帶負載電阻后從基極看Re，被增大到（1+β）倍2.動態(tài)分析：輸出電阻的分析Ro與信號源內(nèi)阻有關！3.特點：輸入電阻大，輸出電阻??；只放大電流，不放大電壓；在一定條件下有電壓跟隨作用！

令Us為零，保留Rs，在輸出端加Uo，產(chǎn)生Io,。從射極看基極回路電阻，被減小到（1+β）倍二、基本共基放大電路1.靜態(tài)分析2.動態(tài)分析3.特點：輸入電阻小，頻帶寬！只放大電壓，不放大電流！三、三種接法的比較：空載情況下接法共射共集共基

Au大

小于1

大

Aiβ1＋βα

Ri

中

大