電子技術(shù)向志軍場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路1場效應(yīng)管放大電路的三種組態(tài)2場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)3場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)計(jì)算實(shí)例4場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析5場效應(yīng)管放大電路的特點(diǎn)6場效應(yīng)管放大電路動(dòng)態(tài)計(jì)算實(shí)例01場效應(yīng)管放大電路的三種組態(tài)

根據(jù)前面講的場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和工作原理，和雙極性三極管比較可知，場效應(yīng)管具有放大作用。

場效應(yīng)管的三個(gè)極和雙極性三極管的三個(gè)極存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系即：G(柵極)→b(基極)

S(源極)→e(發(fā)射極)

D(漏極)→c(集電極)

所以根據(jù)雙極性三極管放大電路，可組成相應(yīng)的場效應(yīng)管放大電路。場效應(yīng)管放大電路的三種組態(tài)

根據(jù)場效應(yīng)管在放大電路中的連接方式，場效應(yīng)管放大電路分為三種組態(tài)：共源極電路、共柵極電路和共漏極電路共源極電路（對(duì)應(yīng)共射電路）：柵極是輸入端，漏極是輸出端，源極是輸入輸出的公共電極。共柵極電路（對(duì)應(yīng)共基電路）

：源極是輸入端，漏極是輸出端，柵極是輸入輸出的公共電極。共漏極電路（對(duì)應(yīng)共集電極電路）

：柵極是輸入端，源極是輸出端，漏極是輸入輸出的公共電極。場效應(yīng)管放大電路的三種組態(tài)IDGRDSBUDSUGS輸入輸出共源組態(tài)：輸入：GS輸出：DS以NMOS（E）為例：GRDDBUDSUGS輸入輸出共漏組態(tài)：輸入：GD輸出：SDIDGRDSBUDS輸入輸出共柵組態(tài)：輸入：SG輸出：DGID場效應(yīng)管放大電路的三種組態(tài)靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，使場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，場效應(yīng)管的偏置電路相對(duì)簡單。動(dòng)態(tài)：能為交流信號(hào)提供通路。場效應(yīng)管（FET）放大電路的組成原則：靜態(tài)分析：估算法、圖解法。動(dòng)態(tài)分析：微變等效電路法。場效應(yīng)管（FET）放大電路的分析方法：場效應(yīng)管放大電路的三種組態(tài)010202場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)

由于三極管與場效應(yīng)管兩種放大器件各自的特點(diǎn)不同，不能將雙極性三極管放大電路的三極管簡單地用場效應(yīng)管取代，組成場效應(yīng)管放大電路。

雙極性三極管是電流控制器件，組成放大電路時(shí)，應(yīng)給雙極性三極管設(shè)置偏置偏流。

場效應(yīng)管是電壓控制器件，故組成放大電路時(shí)，應(yīng)給場效應(yīng)管設(shè)置偏置偏壓：合適的柵極電壓（簡稱柵壓，為Q點(diǎn)電壓），保證放大電路具有合適的工作點(diǎn)，避免輸出波形產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性失真。場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)

由于場效應(yīng)管種類較多，故采用的偏置電路，其電壓極性必須考慮。以N溝道為例：

N溝道的結(jié)型場效應(yīng)管只能工作在UGS<0的區(qū)域，MOS管又分為耗盡型和增強(qiáng)型，增強(qiáng)型工作在UGS>0，而耗盡型工作在UGS<0。

工程中常用的FET放大電路的偏置方式有兩種：自給偏壓電路分壓式偏置電路

直流偏置電路：保證管子工作在飽和區(qū)，輸出信號(hào)不失真。1.直流偏置電路場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)（1）自偏壓電路vGSvGS=-iDR

可見該電路的直流偏壓是靠本身源極電阻Rs上的壓降設(shè)置的，故名自給偏壓式電路。另電路種Cs對(duì)Rs起交流旁路作用，Cs為源極旁路電容。

如圖所示。因?yàn)樵贔ET的源極接入了Rs，所以即使uGS=0，也有漏源電流ID流過Rs，而柵極經(jīng)RG接地，UG=0V，故在靜態(tài)時(shí)負(fù)柵壓UGS=UG-US=0V-IDRS。場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)vGS柵極電阻RG的作用：(1)為柵偏壓提供通路(2)瀉放柵極積累電荷源極電阻RS的作用：提供負(fù)柵偏壓漏極電阻RD的作用：把iD的變化變?yōu)閡DS的變化UGSQ=UGQ

–

USQ

=–IDQRSvGS=-iDR

場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)（2）分壓式自偏壓電路這種直流偏置電路類同于自舉式射極輸出器的偏置電路。電源電壓VDD經(jīng)RG1、RG2分壓后，經(jīng)RG3提供柵壓：

同時(shí)ID在Rs上也產(chǎn)生直流壓降Us=IDRs。因而FET的柵—源電壓為：場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)vGSvGS=-iDR

注意：該電路產(chǎn)生負(fù)的柵源電壓，所以只能用于需要負(fù)柵源電壓的電路。對(duì)于自給偏壓式FET放大電路，已知VP，計(jì)算Q點(diǎn)：VGS、ID、VDS。vGS=VDS=VDD-ID(Rd+R)由方程：-iDR可解出Q點(diǎn)的VGS、ID、VDS

2.估算靜態(tài)工作點(diǎn)Q場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)VDS=VDD-ID(Rd+R)可解出Q點(diǎn)的VGS、ID、VDS對(duì)于分壓式自偏壓電路FET放大電路，已知VP，計(jì)算Q點(diǎn)：VGS、ID、VDS。由方程：場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)整電阻的大小，可獲得：UGSQ>0UGSQ=0UGSQ<0

該電路產(chǎn)生的柵源電壓可正可負(fù)，所以適用于所有的場效應(yīng)管電路。場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)03場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)計(jì)算實(shí)例例1

耗盡型

N

溝道

MOS

管，RG=

1

M，

RS

=2

k，RD=12

k

，VDD=

20

V。

IDSS=

4

mA，UGS(off)

=

–4

V，求iD和uO。iG=0uGS=iDRSRDGDSRGRSiD+uO–+VDD–場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)計(jì)算實(shí)例iD1=4mAiD2=1mAuGS=–8V<UGS(off)增根uGS=–2V

uDS=VDD–

iD(RS+RD)=20–14=6(V)

uO=VDD–

iD

RD=20–14=8(V)在放大區(qū)場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)計(jì)算實(shí)例解方程得：IDQ1=0.69mA，UGSQ=–

2.5V(增根，舍去)

IDQ2=0.45mA，

UGSQ=–

0.4V

例2

已知UGS(off)=0.8V，IDSS=0.18mA，求“Q”。場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)計(jì)算實(shí)例04場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析求微分式：定義：

與BJT的H參數(shù)模型的建立過程相類同，將FET看作是一個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò)，如圖所示。因FET的柵極電流

iG=0，故僅存關(guān)系為iD與uGS、uDS成函數(shù)關(guān)系，即：GSDuGSiDuDS場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析1.FET的H參數(shù)模型

如果用id、ugs、uds分別表示iD、uGS、uDS的變化部分,則上式可寫為：低頻跨導(dǎo)漏極輸出電阻

與雙極型晶體管一樣，場效應(yīng)管也是一種非線性器件，而在交流小信號(hào)情況下，也可以由它的線性等效電路—交流小信號(hào)模型來代替。

在低頻小信號(hào)條件下，F(xiàn)ET在Q點(diǎn)附近小范圍內(nèi)，可以直代曲，即可認(rèn)為此時(shí)特性曲線線性，gm及rds為常數(shù)。場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析很大，可忽略。

微變等效電路：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds其中：gmvgs是壓控電流源，它體現(xiàn)了輸入電壓對(duì)輸出電流的控制作用。gm稱為低頻跨導(dǎo)。

rds為漏極電阻，類似于雙極型晶體管的rce，其值大概為幾百K歐姆。因FET的柵極電流iG=0，輸入電阻，理論值為無窮大。場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析

對(duì)于采用場效應(yīng)三極管的共源基本放大電路，可以與共射組態(tài)接法的基本放大電路相對(duì)應(yīng)，只不過場效應(yīng)三極管是電壓控制電流源，即VCCS。共源組態(tài)的基本放大電路如圖03.28所示。(a)采用結(jié)型場效應(yīng)管(b)采用絕緣柵場效應(yīng)管圖共源組態(tài)接法基本放大電路

比較共源和共射放大電路，它們只是在偏置電路和受控源的類型上有所不同。只要將微變等效電路畫出，就是一個(gè)解電路的問題了。2.共源放大電路場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析(1)直流分析

將共源基本放大電路的直流通道畫出,如圖所示。共源基本放大電路的直流通道

圖中Rg1、Rg2是柵極偏置電阻，Rs是源極電阻，Rd是漏極負(fù)載電阻。與共射基本放大電路的Rb1、Rb2，Re和Rc分別一一對(duì)應(yīng)。而且只要結(jié)型場效應(yīng)管柵源間PN結(jié)是反偏工作，無柵流，那么JFET和MOSFET的直流通道和交流通道是一樣的。

根據(jù)圖可寫出下列方程:

VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)

VGSQ=VG－VS=VG－IDQR

IDQ=IDSS[1－(VGSQ/VGS(off))]2

VDSQ=VDD－IDQ(Rd+R)

于是可以解出VGSQ、IDQ和VDSQ。場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析圖

微變等效電路(2)交流分析

畫出電路的微變等效電路，如圖所示。

與雙極型三極管相比，輸入電阻無窮大，相當(dāng)開路。VCCS的電流源還并聯(lián)了一個(gè)輸出電阻rds，在雙極型三極管的簡化模型中，因輸出電阻很大視為開路，在此可暫時(shí)保留。其它部分與雙極型三極管放大電路情況一樣。場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析①電壓放大倍數(shù)

如果有信號(hào)源內(nèi)阻RS時(shí)

=－gmR'LRi/(Ri+RS)

式中Ri是放大電路的輸入電阻。②輸入電阻

場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析③輸出電阻

為計(jì)算放大電路的輸出電阻，可按雙口網(wǎng)絡(luò)計(jì)算原則將放大電路畫成圖的形式。圖:計(jì)算Ro的電路模型

將負(fù)載電阻RL開路，并想象在輸出端加一個(gè)電源

,將輸入電壓信號(hào)源短路，但保留內(nèi)阻。然后計(jì)算

，于是

場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析交流參數(shù)歸納如下①電壓放大倍數(shù)③輸出電阻②輸入電阻Ri=Rg1//Rg2

或

Ri=Rg+(Rg1//Rg2)場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析(1)直流分析將共漏組態(tài)基本放大電路的直流通道圖，于是有：VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2)

VGSQ=VG－VS=VG－IDQR

IDQ=IDSS[1－(VGSQ/VGS(off))]2

VDSQ=VDD－IDQR由此可以解出VGSQ、IDQ和VDSQ。2.共漏放大電路場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析(2)交流分析①電壓放大倍數(shù)比較共源和共漏組態(tài)放大電路的電壓放大倍數(shù)公式，分子都是gmR'L，分母對(duì)共源放大電路是1，對(duì)共漏放大電路是(1+gmR'L)。場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析共漏放大電路的微變等效電路②輸入電阻共漏放大電路場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析

③輸出電阻

計(jì)算輸出電阻的原則與其它組態(tài)相同，將微變等效電路改畫為圖。圖03.35求輸出電阻的微變等效電路場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析交流參數(shù)歸納如下①電壓放大倍數(shù)③輸出電阻②輸入電阻Ri=Rg+(Rg1//Rg2)場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析

共柵組態(tài)放大電路如圖所示，其微變等效電路如圖所示。

圖共柵組態(tài)放大電路圖微變等效電路(1)直流分析

與共源組態(tài)放大電路相同。2.共柵放大電路場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析

圖共柵組態(tài)放大電路圖微變等效電路(2)交流分析①電壓放大倍數(shù)②輸入電阻③輸出電阻

Ro≈Rd場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析交流參數(shù)歸納如下①電壓放大倍數(shù).②輸入電阻③輸出電阻

Ro≈Rd場效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析05場效應(yīng)管放大電路的特點(diǎn)組態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系：CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET電壓增益：CE：CC：CB：CS：CD：CG：場效應(yīng)管放大電路與三極管放大電路的比較輸出電阻：BJTFET輸入電阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：CE：CC：CB：CS：CD：CG：場效應(yīng)管放大電路與三極管放大電路的比較(1)場效應(yīng)管放大器輸入電阻很大。(2)場效應(yīng)管共源極放大器(漏極輸出)輸入輸出反相，電壓放大倍數(shù)大于1；輸出電阻=RD。(3)場效應(yīng)管源極跟隨器輸入輸出同相，電壓放大倍數(shù)小于1且約等于1；輸出電阻小。場效應(yīng)管放大電路與三極管放大電路的比較06場效應(yīng)管放大電路動(dòng)態(tài)計(jì)算實(shí)例例1：場效應(yīng)管的共源極放大電路一、靜態(tài)分析求：UDS和

ID。設(shè)：UG>>UGS則：U