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
