场效应管放大电路(同名73)课件.ppt

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1、模拟电子技术基础课件制作:郑恒秋2.8 场效应管放大电路 场效应管的源极、栅极和漏极分别对应于晶体管的射极、基极和集电极。与晶体管的共射、共基和共集三种组态相对应,场效应管也有共源、共栅和共漏三种组态。一、场效应管的偏置电路 二、场效应管静态工作点的确定 三、场效应管的动态分析 四、场效应管三种组态放大性能的比较 五、应用举例一、场效应管的偏置电路 与晶体管放大器类似,静态工作点的设置对放大器的性能至关重要。1、自偏压电路 在场效应管放大器中,由于结型场效应管与耗尽型MOS场效应管的uGS=0时,iD0,故可以采用自偏压方式,如图所示:在静态时,场效应管栅极电流为零,因此栅极电压为零;而漏极电

2、流不为零,必然在源极电阻上产生压降,使栅源电压为负,获得合适的工作点。SDQSQSQGQGSQSDQSQRIUUUURIU0注意:该电路产生负的栅源电压,所以只能用于需注意:该电路产生负的栅源电压,所以只能用于需 要负栅源电压的电路。要负栅源电压的电路。2、混合偏压电路混合偏压电路 对于增强型MOSFET,由于uGS=0时,iD=0,故一定要采用分压式偏置或混合式偏置方式,如图所示:SDQDDgggSQGQGSQSDQSQDDgggAGQRIVRRRUUURIUVRRRUU211211注意:该电路产生的栅源电压可正可负,所以适注意:该电路产生的栅源电压可正可负,所以适 用于所有的场效应管电路。

3、用于所有的场效应管电路。二、场效应管静态工作点的确定 1、图解法、图解法 在场效应管的转移特性曲线上做出栅源回路直流负载线的方程,其交点即为工作点。混压偏压方式自偏压方式SDQDDgggGSQSDQGSQRIVRRRURIU211 对于(a)图,Q1为JFET的工作点,Q2为耗尽型MOSFET的工作点;对于(b)图,Q1为JFET的工作点,Q2为耗尽型MOSFET的工作点,Q3为增强型MOSFET的工作点。2、解析法、解析法 耗尽型场效应管的电流方程为:2)()1(offGSGSDSSDUuIiSDQGSQoffGSGSQDSSDQRIUUUII21)()(把它在静态时的表达式与栅源间静态电压

4、的表达式联立即可求出IDQ和UDSQ:增强型场效应管的电流方程为:2)()1(thGSGSDODUuIiDDQDDgggGSQthGSGSQDODQRIVRRRUUUII2112)()1(把它在静态时的表达式与栅源间静态电压的表达式联立即可求出IDQ和UDSQ:把下式代入上式,解关于iD的二次方程,有两个根,舍去不合理的一个根,留下合理的一个根便是IDQ。)(SDDQDDDSQRRIVU三、场效应管的动态分析 1、场效应管的低频小信号等效模型 2、共源放大电路的分析 3、共漏放大电路的分析 4、共栅放大电路的分析1、场效应管的低频小信号等效模型 与晶体管模型的导出相类似,iD是uGS 和uDS

5、的函数:iD=f(uGS,uDS)研究动态信号时用全微分表示:DSUDSDGSUGSDDduuiduuidiGSDS 定义:dsdsgsmdUrUgI1dsUDSDmUGSDruiguiGSDS1,当信号较小时,管子的电压、电流仅在Q点附近变化,可以认为是线形的,gm与rds近似为常数,用有效值表示:由此式可画出场效应管的低频小信号等效模型:可见场效应管的低频小信号等效模型比晶体管还要简单。可以从场效应管的转移特性和输出特性曲线上求出gm与rds。由转移特性曲线可知,gm是uDS=UDSQ那条曲线上Q点处的斜率。由于gm是输出回路电流与输入回路电压之比,所以称为跨导。由输出特性曲线可知,rds

6、是uGS=UGSQ这条曲线上Q点处斜率的倒数,描述曲线上翘的程度。由于rds的值很大,可以忽略,得到简化的等效模型:对增强型MOS管,可用电流方程求出gm的表达式:DDOthGSmDODthGSGSUthGSGSthGSDOUGSDmthGSGSDODiIUgIiUuUuUIuigUuIiDSDS)()()()(2)(2 1)1(2 1 在小信号作用时,可用IDQ代替iD,得出:DQDOthGSmIIUg)(2DDOthGSmiIUg)(2 对耗尽型MOS管,同样可用电流方程作类似的推导求出gm的表达式,电流方程和推导如下:DDSSoffGSmDSSDoffGSGSUoffGSGSoffGSD

7、SSUGSDmoffGSGSDSSDiIUgIiUuUuUIuigUuIiDSDS)()()()(2)(21)1(21 在小信号作用时,可用IDQ代替iD,得出:DQDSSoffGSmIIUg)(2DDSSoffGSmiIUg)(2休息 电路结构2、共源放大电路的分析 交流分析 先画出交流通路,再画出交流等效电路:再根据等效电路计算交流性能:电压放大倍数LmgsLDgsmuLDgsmORgURRUgARRUgU)/()/(电压放大倍数为负值,说明输出电压与输入电压反相。如果有信号源内阻RS时:iSiLmuRRRRgA 输入电阻:Ri=Rg1Rg2 输出电阻:RO=RD3、共漏放大电路的分析 电

8、路结构 一个共漏放大器的电路图如下:交流分析 先画出交流通路,再画出交流等效电路:再根据等效电路计算交流性能:电压放大倍数:LmLmLSgsmgsLSgsmiOuRgRgRRUgURRUgUUA1)/()/(电压放大倍数为正值,表示输出电压与输入电压同相。源极跟随器叫因此,共漏放大电路又时:当111RgRgARgmLmuLm 输入电阻:213/gggiRRRRmSSmSmSOOOOmSOmSOgsmSOOgRRgRgRIURUgRUgRUUgRUI11111/)()(输出电阻:输入端短路,用输出端加电压求电流的方法。4、共栅放大电路的分析 电路结构 一个共栅放大器的电路图如下:交流性能分析 先

9、画出交流通路,再画出交流等效电路:再根据等效电路计算交流性能:DOmSmSgsmSgsgsiiiLmLDmgsLDgsmiOuRRgRgRUgRUUIURRgRRgURRUgUUA1/11)/()/(四、场效应管三种组态放大性能的比较LmuRgALmuRgA11LmLmuRgRgA21/ggiRRR 213/gggiRRRRmSigRR1/DORRDORR mSOgRR1/五、应用举例 例1、电路如图。已知UGS(off)=-4V,IDSS=1mA,VDD=16V,RG1=160K,RG4=40K,RG=1M,RD=10K,RS=8K,RL=1M,试计算:1、静态工作点Q;2、输入电阻Ri和输

10、出电阻RO;3、电压放大倍数 。uA 解:1、计算静态工作点QVVRRRUDDGGGG2.31640160402122)()1(offGSGSDSSDSDGGSUUIIRIUUQ点的方程组:列求2)41(82.3GSDDGSUIIU代入数值:008.12.1)482.31()41(82.3222DDDDGSDDGSIIIIUIIU整理,得:把上式代入下式得:VRRIVUVUmAIImAImAImAIIISDDQDDDSQGSQDQDSSDDDDD37.6)810(535.016)(08.1535.052.1535.0,52.1008.12.11212:,不合题意,舍去。故由于解之,得:2、计算

11、输入电阻Ri和输出电阻ROKRRMRRRRDOGGGi1003.104.0/16.01/21 3、计算电压放大倍数 。uA65.3)1000/10(366.0)/(366.0535.01422)(LDmLmuDQDSSoffGSmRRgRgAmsIIUg 例2、电路如图。已知场效应管的UGS(off)=-4V,IDSS=2mA,VDD=15V,RG=1M,RL=1M,RS=8K,试计算:1、静态工作点Q;2、输入电阻Ri和输出电阻RO;3、电压放大倍数 。uA 解:1、计算静态工作点Q22)()41(8)1(GSDDGSoffGSGSDSSDSDGSUIIUUUIIRIUQ代入数值:点的方程组:列求0143)481(22DDDDIIII整理,得:把上式代入下式得:VRIVUVUmAIIImAImAIIISDQDDDSQGSQDQDSSDDDDD36.12833.01564.233.033.0,101431212:,不合题意,舍去。故由于解之,得:2、计算输入电阻Ri和输出电阻ROKgRRMRRmSOGi43.2287.01/81/1msIIUgDQDSSoffGSm287.033.01422)(3、计算电压放大倍数。70.01000/8287.011000/8287.0/1/LSmLSmuRRgRRgA作业 P133 2.20 P134 2.22

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