1、电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术原理原理第七章基本放大电路3:16:361第7章 基本放大电路p7.1 放大电路概述p7.2 晶体管放大电路p7.3 场效应管放大电路p7.4 功率放大电路p7.5 多级放大电路3:16:3627.3 场效应管放大电路 p任何元件，只要能够实现变量之间的控制特性，就可以用来构成放大器。p利用晶体管工作在放大区时，集电极电流iC受基极电流iB控制（iCiB）这一特征，可以构成晶体管放大电路。p利用场效应管工作在恒流区时，漏极电流iD受栅源电压uGS控制的特性，也可以构成场效应管放大电路。3:16:3737.3 场效应管放大电路p7.3.1 场效应管放大电路的工
2、作原理p7.3.2 场效应管放大电路的组成p7.3.3 场效应管放大电路的近似估算3:16:3747.3.1 场效应管放大电路的工作原理p理解场效应管放大电路的工作原理，首先要深入理解场效应管本身。3:16:3751深入理解场效应管p场效应管的栅极、漏极和源极n源极的意思是“载流子之源”n漏极的意思是“载流子之漏”n栅极这个名词来自电子管，其作用是控制漏极和源极之间的电流。p由于栅极电流为零，场效应管的漏极电流与源极电流相等。3:16:376场效应管的电压偏置及电流方向3:16:377场效应管电压偏置及电流方向（续）pN沟道管的漏极电位高于源极电位，电流从漏极流向源极；pP沟道管的漏极电位低于
3、源极电位，电流从源极流向漏极。p漏源电压uDS的存在是形成漏极电流iD的原因和必要条件。3:16:378场效应管电压偏置及电流方向（续）p以N沟道管为例，因为自由电子从源极流向漏极（电流方向从漏极指向源极），所以要求uDS0（漏极电位必须高于源极电位），puDS增大将导致iD增大，但是uDS和iD之间的这种正相关性，却受到栅极电压（用uGS表示）作用的强烈影响。3:16:379uDS对载流子运动（iD）的影响（1）uDS是用来形成iD的，所以iD理应受uDS的影响，二者存在正相关性；n但是uDS和iD之间的数值关系受到沟道变化的重大影响。3:16:3710uGS对沟道的影响（2）uGS是用来改
4、变沟道的，n如果uGS引起沟道夹断，则iD0；n在沟道畅通的情况下，uGS还会改变沟道的宽窄，进而改变漏极和源极之间的导电特性，从而改变uDS和iD的比例系数，这相当于漏极和源极之间的存在着一个受uGS控制的可变电阻。3:16:3711uGS与uDS 共同改变沟道（3）uGS对沟道的改变又受到uDS的影响。n预夹断时，电流iD在uDS变化时基本保持稳定。n（请详细阅读教材）3:16:3712场效应的外部偏置条件 pN沟道场效应管工作在恒流区的外部偏置条件是uDS过高导致uGD过低，低到不足以维持沟道畅通的程度。p此时沟道发生预夹断，iD基本上不随uDS变化而取决于uGS的值，并以转移特性来表示
5、。p当uDS较小时，场效应管不会发生预夹断，也就不会进入恒流区，而是工作在可变电阻区，此时的iD既取决于uDS，又取决于uGS。3:16:37137.3.1 场效应管放大电路的工作原理p场效应管的栅极、漏极和源极分别对应晶体管的基极、集电极和发射极，p场效应管放大电路也可以组成共栅、共漏、共源放大电路。p要让场效应管放大电路实现对输入信号的放大，也必须确保场效应管能够不失真地工作在恒流区（饱和区），p而要实现这一点，就必须给场效应管提供合适的偏置（自偏压和分压式偏压）3:16:37142场效应管工作状态的确定p场效应管的工作状态，既可以从电压角度来判断，也可以从电流角度来判断。n从电压角度看，
6、场效应管的外加电压必须能够确保“沟道预夹断”uGS能确保沟道存在，uDS能确保沟道预夹断。n从电流角度看，场效应管的控制特性以平方关系出现。3:16:3715N沟道耗尽型FET工作状态p截止区：n栅源电压过低，导致沟道夹断UGSUP iD0 3:16:3716N沟道耗尽型FET工作状态（续）p恒流区：n栅源电压够高，保证沟道存在；n漏源电压过高，沟道预夹断 UPUGS0，UDSUGS-UP 21PGSDSSDUUII3:16:3717N沟道耗尽型FET工作状态（续）p可变电阻区：n栅源电压够高，保证沟道存在；n漏源电压够低，沟道未发生预夹断UPUGS0，0UDSUGS-UP 212PDSPDS
7、PGSDSSDUUUUUUII3:16:37187.3.2 场效应管放大电路的组成 p共栅、共漏、共源p要让场效应管放大电路实现对输入信号的放大，也必须确保场效应管能够不失真地工作在恒流区（饱和区），而要实现这一点，就必须给场效应管提供合适的偏置，3:16:37191自偏压电路 p由于iG0，以及电容C1的隔直作用，栅极电阻RG上不可能有直流电流流过，所以栅极直流电压UG0。3:16:3720自偏压电路（续）p又因为场效应管的iDiS，于是源极直流电压US就等于源极电阻Rs上的直流电压：USRsID p于是栅源电压UGSUGUSIDRs pID为零时，UGS0，耗尽型FET的导电沟道就已经存在
8、。3:16:3721自偏压电路（续）p自偏压电路要求栅极无电压时就存在导电沟道，所以只能适用于耗尽型场效应管。p结型场效应管在没有栅极电压的时候也存在导电沟道，所以也属于耗尽型场效应管。3:16:37222分压式偏置电路 p分压式偏置既适用于增强型场效应管也适用于耗尽型场效应管。3:16:37237.3.3 场效应管放大电路的近似估算 p场效应管放大电路的分析与晶体管类似，也要先进行直流分析，得到静态工作点；再进行动态分析，得到放大倍数、输入电阻、输出电阻等交流参数。p分析方法可以使用估算法（等效电路法）或图解法。3:16:37241场效应管放大电路的静态分析 p场效应管放大电路静态分析的思路
9、，是首先确定管子的工作状态，再计算此工作状态下的静态工作点（IDQ，UGSQ，UDSQ）。p应记住场效应管是一种电压控制器件，栅极只需要偏压，不需要偏流（IG0），所以漏极电流恒等于源极电流（iDiS）。p利用这个特性，再结合基尔霍夫定律和场效应管伏安特性关系方程即可求解。3:16:3725场效应管电路静态分析思路（续）p假设其工作于某个特定区域，并求解此状态下的G-S回路和D-S回路方程，p如果所得到的结果符合假设区域的偏置条件，说明我们的假设正确；p否则说明我们的假设不正确，应作出新的假设。3:16:3726场效应管静态分析步骤p首先确定场效应管工作状态，步骤如下：n(1)假设FET工作于
10、截止区，则ID0，IG0 在此前提下计算UGS，验证 UGSUP 是否成立。如果成立，则说明FET处于截止区。否则进行第二步。3:16:3727场效应管静态分析步骤（续）p(2)假设FET工作于恒流区，则IG0 在此前提下计算UGS，验证 UPUGS0，UDSUGSUP 是否成立。如果成立，则说明FET处于恒流区，否则进行第三步。21PGSDSSDUUII3:16:3728场效应管静态分析步骤（续）p(3)假设FET工作于可变电阻区，则 IG0 在此前提下计算UGS，验证UPUGS0，0UDSUGSUP 是否成立。如果成立，则说明FET处于可变电阻区，否则应考虑场效应管是否已经击穿。212PD
11、SPDSPGSDSSDUUUUUUII3:16:3729场效应管静态分析步骤（续）p其次根据已知状态计算静态工作点（ID，UGS，UDS）。3:16:3730场效应管静态分析举例【例7-4】已知UDD6V，Rd750，Rs500，场效应管的UP4V，IDSS16mA，求静态工作点。3:16:3731场效应管静态分析举例（续）【解】首先画出直流通路，如图7-27所示。因为栅极电流IG0，栅极电阻Rg上无电流，可知 UG0 又因为USIDRs UGSUGUSIDRs 3:16:3732场效应管静态分析举例（续）下面分析场效应管的工作状态。(1)假设FET工作于截止区，则ID0 UGSIDRs0(V
12、)不满足UGSUP的条件，说明FET不能工作于截止区。3:16:3733场效应管静态分析举例（续）(2)假设FET工作于恒流区，得场效应管特性方程 再根据G-S回路写出栅源电压表达式 UGSID500 求解，可验证场效应管不能工作于恒流区（详细步骤见教材）2324110161GSPGSDSSDUUUII3:16:3734场效应管静态分析举例（续）(3)假设FET工作于可变电阻区，则UDSUDDIDRdIDRs6ID1250 UGSUGUSIDRsID500求解，可验证满足可变电阻区的偏置条件。（详细步骤见教材）23444121016DSDSGSDUUUI3:16:3835场效应管静态分析举例（续）场效应管在可变电阻区的两个条件都得到了满足，场效应管的确工作于可变电阻区。其静态工作点为（ID3.774mA，UGS1.887V，UDS1.282V）。3:16:38362场效应管放大电路的动态分析 3:16:3837
