1、Chap4 MOSFET及其放大電路,（8學時，第十五次課） ,FET放大電路分析 一般步驟,畫直流通路，分析直流電壓和電流，求IDQ,求交流參數(shù)gm和rds,畫交流小信號等效電路，分析交流電壓和電流,根據(jù)定義求Av/ Avs、Ri、Ro,三基本組態(tài)共源極/共漏極/共柵極放大電路,4.4 MOSFET放大電路的三種基本組態(tài),4.4.1 共源極放大器,共源極電路的基本結(jié)構(gòu),一. 基本電路結(jié)構(gòu)與交流分析,元器件作用：,偏置電阻R1和R2組成分壓式柵極偏置電路；,漏極電阻RD 將漏極電流的交流分量轉(zhuǎn)變成交流電壓輸出；,電容 C1為耦合電容；,漏極電源VDD使漏源電壓大于預夾斷電壓；作為電路的能源。,

2、輸出電壓：,輸入電阻Ri=R1/R2；,小信號源電壓增益：,交 流 分 析,小信號等效電路,輸出電阻Ro=RD/rds,共源極放大器的特點：輸出電壓與輸入電壓反相反相放大器,共源放大器的大信號動態(tài)范圍分析,當輸入信號振幅不斷增大時，,放大器輸出電壓的波形產(chǎn)生嚴重的失真。,FET會進入截止區(qū)或電阻區(qū)。,輸入輸出電壓信號波形,臨界飽和線,直流負載線,Note: 工作點位于放大區(qū)的中心，,電路可獲得最大不失真電壓。,即VDS=VDS(sat)+(VDD-VDS(sat)/2時，,直流負載線、臨界點和靜態(tài)工作點,例4.10 電路如圖4.22所示。已知VDD=10V，R1=70.9k， R2=29.1k

3、 ，RD=5k 。場效應管參數(shù)VTN=1.5V， Kn=0.5mA/V，=0.01V-1。設Rg=4k 。 求 Av、Ri和Ro,題型：計算共源極放大器的小信號電壓增益、輸入和輸出電阻, 場效應管工作在放大區(qū)。,分析靜態(tài)分析,交流性能指標的計算,題型：計算共源極放大器的小信號電壓增益、輸入和輸出電阻,討論,2. 負載效應由于Rg不為零，所以放大器輸入信號vgs只占信號源電壓的一部分。這種由于負載的變化而引起電源輸出穩(wěn)定量的變化的效應稱為負載效應。,盡管從柵極看入的場效應管輸入電阻幾乎為無窮大，但偏置電阻仍極大地影響了放大器的輸入電阻和負載效應。,1. 工作點位于直流負載線的中心(VDSQ=VD

4、D/2=5V)，但不是放大區(qū)的中心 (VDS=(VDS(sat) +(VDD-VDS(sat)/2=6.61V)，所以該電路在此情況下不能獲得最大不失真電壓。,例4.11 電路如圖所示。場效應管的參數(shù)為VTN=1V， Kn=1mA/V，=0.015V-1。設Ri=R1/R2=100k， 設計電路參數(shù)使IDQ=2mA，且工作點位于放大區(qū)的中心。,題型：設計MOSFET放大電路的偏置電阻，使工作點位于放大區(qū)的中心。,分析首先在輸出特性平面上畫出直流負載線。,要求工作點位于放大區(qū)的中心，則臨界點處漏極電流：,IDt=2IDQ=4mA,根據(jù)設計要求，將工作點設置在放大區(qū)的中心，則:,下面求RD、R1和

5、R2的值,可得VGSQ=2.41V 或VGSQ=-0.41V（舍去）,則R1=498k，R2=125k。,由此可得VGSt=3V 或VGSt=-1V（舍去）,2. 也可計算放大器的交流小信號基本參數(shù)及源電壓增益：,3. 本例中沒有考慮負載效應。如果考慮負載效應，則工作點應為交流負載線在放大區(qū)的中心，才能獲得對稱的最大不失真電壓。,1. 根據(jù)上述分析，可求出最大輸出電壓的峰-峰值為：,討論,4. 靜態(tài)工作點不穩(wěn)定；解決辦法串入源極電阻Rs,二. 含源極電阻的共源極放大器,例4.12 電路如圖所示。場效應管的參數(shù)為VTN=0.8V， Kn=1mA/V，=0。求電壓增益Av。,題型：計算含源極電阻的

6、共源極放大器的小信號電壓增益 、 輸入和輸出電阻,分析靜態(tài)分析,小信號跨導為：,小信號輸出電阻為：,計算小信號源電壓增益,柵源輸入回路的KVL方程：,小信號源電壓增益：,題型：計算含源極電阻的共源極放大器的小信號電壓增益 、 輸入和輸出電阻,討論源極電阻對電路的影響：, 源極電阻減小了小信號源電壓增益（絕對值）, 源極電阻：穩(wěn)定工作點,無源極電阻時，通過相應計算,有源極電阻時，,無源極電阻：通過計算可得VGSQ=1.75V，,gm=1.9mA/V，Avs=-gmRD=-13.3。,若Kn=0.8mA/V，則gm=1.17mA/V，Av=-5.17；,若Kn=1.2mA/V，則gm=1.62mA

7、/V，Av=-6.27。,有源極電阻時，Kn20時， Av9.5,Kn20時，Av20,三. 含源極旁路電容的共源極電路,源極電阻或恒流源上并聯(lián)一個旁路電容,減小源極電阻降低小信號增益的程度。,題型：計算含源極旁路電容的、由恒流源提供偏置的共源極放大器的小信號電壓增益 、輸入和輸出電阻,例4.13 電路如圖所示。 場效應管參數(shù)為：=0，VTN=0.8V，Kn=1mA/V，求Avs=vo/vs。,分析靜態(tài)分析,假設FET處于放大狀態(tài)，,VGSQ=1.51V或VGSQ=0.09V（舍去）,VSQ=-VGSQ=-1.51V,VDSQVDS(sat)=VGSQ-VTN=0.71V，,題型：計算含源極旁

8、路電容的、由恒流源提供偏置的共源極放大器的小信號電壓增益 、輸入和輸出電阻, 假設成立，上述計算有效。,動態(tài)分析,4.4.2 源極跟隨器,交流小信號等效電路,1. 輸入電阻,電路結(jié)構(gòu),2. 輸出電阻,在源極輸出端用KCL定理：,由于輸入回路中無電流，,求共漏極電路交流輸出電阻的等效電路,vgs=-vx,附注:從源端看MOSFET，其等效電阻為1/gm/rds。,3. 源電壓增益,輸出電壓：,由輸入回路KVL，有：,共漏極電路小信號源電壓增益為：,共漏極放大器的特點：,電壓增益Av小于1但接近于1；,輸出電壓與輸入電壓同相同相放大器；,源極跟隨器Av1，輸出信號基本上與輸入信號相等;,類BJT射

9、極跟隨器，而且兩者Av類似。,例4.14 電路如圖所示。已知VDD=12V，R1=162k， 例4.16 R2=463k，RS=0.75k。場效應管參數(shù)VTN=1.5V， Kn=4mA/V，=0.01V-1。設Rg=4k。 求Avs=vo/vs、Ri、Ro。,分析靜態(tài)分析,題型：計算源極跟隨器的交流性能指標,小信號跨導為：,小信號輸出電阻為：,輸入電阻為：,小信號源電壓增益為：,討論：在源極跟隨器輸出電阻中，跨導占主要地位，故輸出電阻很小。從這個意義上說，源極跟隨器近似為一個理想的電壓源，即它的帶負載的能力較強。,題型：計算源極跟隨器的交流性能指標,輸出電阻為：,由于BJT與MOSFET相比跨

10、導大得多，所以，BJT射極跟隨器的Av比MOSFET源極跟隨器的Av更趨近于1。,例4.15 電路如圖所示。場效應管參數(shù)為VTN=1V ，=0 ， Kn=1mA/V。電路參數(shù)為VDD=5V，Ri=300k。 （1）設計電路參數(shù)，使IDQ=1.7mA，VDSQ=3V； （2）求小信號電壓增益Avs=vo/vs。,分析(1),題型：按要求設計一個特定源極跟隨器；計算交流性能指標,VGSQ=2.30V 或VGSQ=-0.3V（舍去）, R1=348.8k，R2=2144k,小信號跨導為：,小信號輸出電阻為：,（2）,題型：按要求設計一個特定源極跟隨器,4.4.3 共柵極放大器,小信號等效電路,電路結(jié)

11、構(gòu),1. 輸入電阻,輸出電阻,將電壓源置零，,gmvgs0,則有vgs= -gmvgsRg,vgs0, Ro=RD,設場效應管小信號輸出電阻rds為無窮大。,2. 源電壓增益,輸出電壓為,由輸入回路的KVL方程得,討論：共柵極電路輸入電阻很低。,當輸入信號是電流，輸入電阻低就成為優(yōu)點。,輸出電壓與輸入電壓相位相同同相放大器,通常，共柵極電路的輸入信號是電流,3. 源電流增益,電流信號源的共柵極電路的小信號等效電路,在輸入端由KCL,輸出電流：,例4.17 如圖所以電路中，IQ=1mA，V+=5V，V- = -5V， RG=100k，RD=4k，RL=10k。場效應管參數(shù) VTN=1V，Kn=1mA/V，=0。 輸入電流is=100sin(t) A，Rg=50k。求vo。,題型：在給定輸入電流情況下，計算共柵極電路的輸出電壓。,VGSQ=2V 或VGSQ=0（