第十一讲-场效应管放大电路课件.ppt

1、5.2 5.2 场效应管放大电路场效应管放大电路场效应管偏置电路场效应管偏置电路三种基本放大电路三种基本放大电路FETFET小信号模型小信号模型一、场效应管偏置电路一、场效应管偏置电路1 1、自给偏置电路、自给偏置电路场效应管偏置电路的场效应管偏置电路的关键关键是如何是如何提供栅源控制电压提供栅源控制电压UGS自给偏置电路：自给偏置电路：适合结型场效应管和耗尽型适合结型场效应管和耗尽型MOS管管外加偏置电路：外加偏置电路：适合增强型适合增强型MOS管管UGS=UG-US=-ISRS-IDRS2PGSDSSD)UU(1IIUGSQ和IDQUDSQ=ED-IDQ(RS+RD)GSD基本自给偏置电路

2、基本自给偏置电路 R RS S的作用：的作用：1.1.提供栅源直流偏压。提供栅源直流偏压。2.2.提供直流负提供直流负反馈，稳定静态工作点。反馈，稳定静态工作点。R RS S越大，工作点越稳定。越大，工作点越稳定。偏置电路偏置电路改进型自给偏置电路改进型自给偏置电路大电阻（大电阻（M)，减小减小R1、R2对放大电对放大电路输入电阻的影响路输入电阻的影响D212GERRRUUGS=UG-US-IDRS2PGSDSSD)UU(1IIUGSQ和IDQUDSQ=ED-IDQ(RS+RD)D212ERRR1 1、自给偏置电路、自给偏置电路R1R2提供一个提供一个正偏栅压正偏栅压UG偏置电路偏置电路2 2

3、、外加偏置电路、外加偏置电路D212GERRRU-IDRSD212ERRRR1和和R2提供一个固定栅压提供一个固定栅压UGS=UG-US注：要求注：要求UGUS，才能提供一个正偏压，增强型管子才能，才能提供一个正偏压，增强型管子才能 正常工作正常工作假设工作在饱和区假设工作在饱和区满足满足)(TGSDSVVV 假设成立，结果即为所求。假设成立，结果即为所求。解：解：V2V5406040 DDg2g1g2GSQ VRRRVmA2.0mA)12)(2.0()(22TGSnDQ VVKIV2V)15)(2.0(5dDDDDSQ RIVV例例5.2.1设设Rg1=60k，Rg2=40k，Rd=15k，

4、220V/mA.n K试计算电路的静态漏极电流试计算电路的静态漏极电流IDQ和漏源和漏源电压电压VDSQ。VDD=5V，VT=1V，二、场效应管的低频二、场效应管的低频小信号模型小信号模型 iD由输出特性：由输出特性：iD=f(vGS,vDS)DS0vDSDGS0vGSDDvvivviiGSDSDSGSDvvidsmggdsgsdvvidsmggSDgdsvgs+-+-vdsGidgmvgs三、三种基本放大电路三、三种基本放大电路1 1、共源放大电路、共源放大电路（1）直流分析直流分析UGS=UG-US-IDRS2PGSDSSD)UU(1IIUGSQ和IDQUDSQ=ED-IDQ(RS+RD)

5、D212ERRR基本放大电路基本放大电路IdGRGR1R2RDRLDrdsRSgmUgsSUgsUiUo未接未接Cs时时一般一般rds较大可忽略较大可忽略ioUUUA=-gmUgsRDUgs+gmUgsRs=-gmRD1+gmRsRD=RD/RL（2）动态分析动态分析ri=RG+(R1/R2)RG ro RDriro基本放大电路基本放大电路IdGRGR1R2RDRLDrdsRSgmUgsSUgsUiUo未接未接Cs时时UA=-gmRD1+gmRsriri=RG+(R1/R2)RG roro RD接入接入Cs时时AU=-gm(rds/RD/RL)ri=RG+(R1/R2)RG ro=RD/rds

6、 RDRsRs的作用是提供直流栅源电压、引的作用是提供直流栅源电压、引入直流负反馈来稳定工作点。但它入直流负反馈来稳定工作点。但它对交流也起负反馈作用，使放大倍对交流也起负反馈作用，使放大倍数降低。接入数降低。接入C CS S可以消除可以消除R RS S对交流对交流的负反馈作用。的负反馈作用。ri基本放大电路基本放大电路2 2、共漏放大电路、共漏放大电路GSDUiRGGUoRLRSgmUgsrdsSDioUUUA=gmUgsRSUgs+gmUgsRs=gmRS1+gmRsRS=rds/RS/RL RS/RL1AU1ri=RGUgs+-电压增益电压增益输入电阻输入电阻基本放大电路基本放大电路输出

7、电阻输出电阻Ugs+-gmUgsRS+-UoIoroUiGUoSRGRLRSgmUgsrdsDUgs+-SooRUI-gmUgsUgs=-Uo=Uo(1/Rs+gm)oooIUr msg1/R1msg1/RUA=gmRS1+gmRs电压增益电压增益ri=RG输入电阻输入电阻2 2、共漏放大电路、共漏放大电路基本放大电路基本放大电路3 3、共栅放大电路、共栅放大电路SGDrdsgmUgsSGD电压增益电压增益IdId=gmUgs+Uds/rdsUds=Uo-UiUo=-IdRDUgs=-UiId=-gmUi+(-IdRD-Ui)/rds)/rR(1)U1/r(gIdsDidsmdioUUUAiD

8、dURI)/rR(1R)1/r(gdsDDdsm当当rdsRD时时AU gmRDri输入电阻输入电阻ri=Ui/IddsmdsD1/rg/rR1rdsRDgmrds1ri 1/gmririRs/1/gm基本放大电路基本放大电路电压增益电压增益AU gmRD输入电阻输入电阻ri 1/gmriRs/1/gmSGDrdsgmUgs输出电阻输出电阻roro=rdsro=rds/RD RD电压增益高，输入电阻很低，输出电阻高，输出电压与输电压增益高，输入电阻很低，输出电阻高，输出电压与输入电压同相入电压同相3 3、共栅放大电路、共栅放大电路组态对应关系：组态对应关系：CEBJTFETCSCCCDCBCG

9、BJTFET电压增益：电压增益：beLc)/(rRR )/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(rRR CE：CC：CB：)/(LdmRRg)/(1)/(LmLmRRgRRg)/(LdmRRgCS：CD：CG：三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较beb/rR输出电阻：输出电阻：cR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRR 1/beerRcRBJTFET输入电阻：输入电阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：)/(g2g1g3RRR m1/gR)/(g2g1g3RRR CE：CC：CB：CS：CD：CG：dRm1/gRdR三种基本放大电

10、路的性能比较三种基本放大电路的性能比较 解：解：画中频小信号等效电路画中频小信号等效电路例题例题放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知，ms 18m g，100 试求电路的中频增益、输入电阻和输出电阻。试求电路的中频增益、输入电阻和输出电阻。，k 1berVOIbViVgSVSRSRgR2rbeRcgmVgS+_+_Ib+_+_ gsmVg iV gsV2gsmRVg bIbI bI oVcbRI MVA2mcm1RgRg 6.128 giRR coRR M 5sgRR 例题例题 ioVV由于由于则则 sMVA soVV iosiVVVV k 20 MisiVARRR6.128M VAV

11、OIbViVgSVSRSRgR2rbeRcgmVgS+_+_Ib+_+_RiRo比较内容比较内容 场效应管场效应管 三极管三极管 导电机理导电机理 只依靠一种载流子（多子）只依靠一种载流子（多子）参与导电，为单极型器件。参与导电，为单极型器件。两种载流子（多子和少子）两种载流子（多子和少子）参与导电，为双极型器件。参与导电，为双极型器件。放大原理放大原理输入电压控制输出电流，输入电压控制输出电流，g gm m=0.1ms20ms=0.1ms20ms 输入电流控制输出电流，例输入电流控制输出电流，例如，如，=20100=20100 特特 点点 1.1.制造工艺简单，便于大制造工艺简单，便于大规模

12、集成。规模集成。2.2.热稳定性好，噪声低。热稳定性好，噪声低。3.3.输入电阻高，栅极电流输入电阻高，栅极电流i iG G00。4.4.g gm m小，放大能力较低。小，放大能力较低。1.1.受温度等外界影响较大，受温度等外界影响较大，噪声大。噪声大。2.2.输入电阻低（因发射结正输入电阻低（因发射结正偏）。偏）。3.3.较大，放大能力强较大，放大能力强 小小 结结 由于结构和工作原理的不同，使场效应管具有一些不同于三极管的特点。将两者结合使用，取长补短，可改善和提高放大电路的某些性能指标。小小 结结 按照结构的不同，场效应管分为按照结构的不同，场效应管分为结型和绝缘栅型结型和绝缘栅型两种类

13、型，两种类型，MOSMOS管属于绝缘栅型。每一类型均有管属于绝缘栅型。每一类型均有N N沟道和沟道和P P沟道沟道两种，两者两种，两者的主要区别在于电压的极性和电流的方向不同。的主要区别在于电压的极性和电流的方向不同。MOSMOS管又分为管又分为增强型和耗尽型增强型和耗尽型两种形式。两种形式。正确理解场效应管工作原理的关键是掌握电压正确理解场效应管工作原理的关键是掌握电压v vGSGS及及v vDSDS对导对导电沟道和电流电沟道和电流i iD D的不同作用，的不同作用，掌握预夹断与夹断这两个状态掌握预夹断与夹断这两个状态的区别和条件。转移特性和输出特性曲线描述了的区别和条件。转移特性和输出特性

14、曲线描述了v vGSGS、v vDSDS和和i iD D三者间的关系。与三极管类似，场效应管有截止区三者间的关系。与三极管类似，场效应管有截止区(即夹断即夹断区区)、恒流区、恒流区(即放大区即放大区)和可变电阻区三个工作区域。和可变电阻区三个工作区域。在恒流在恒流区，可将区，可将i iD D看成受电压看成受电压v vGSGS控制的电流源。控制的电流源。g gm m、V VP P（或（或V VT T）、）、I IDSSDSS、I IDMDM、P PDMDM、V V(BR)DS(BR)DS和极间电容是场效应管的主要参数。和极间电容是场效应管的主要参数。小小 结结 为了保证场效应管工作在放大区，电压

15、vGS、vDS的极性和vDS的大小应如下表所示。小小 结结 场效应管放大电路主要有场效应管放大电路主要有共源、共栅和共漏共源、共栅和共漏三种基本三种基本组态放大器。组态放大器。静态偏置电路主要有自给偏置电路和外置偏置电路两静态偏置电路主要有自给偏置电路和外置偏置电路两种。自给偏置电路适用于结型和耗尽型场效应管。而增种。自给偏置电路适用于结型和耗尽型场效应管。而增强型场效应管只能采用外置偏置电路。强型场效应管只能采用外置偏置电路。静态分析可采用计算法和图解法静态分析可采用计算法和图解法。动态分析主要采用小信号模型法动态分析主要采用小信号模型法。重点难点重点难点重点重点：(1)(1)结型和绝缘栅型场效应管的结型和绝缘栅型场效应管的工作原理及外特性。工作原理及外特性。(2)(2)用小信号模型分析法计算场效应管放大电路的用小信号模型分析法计算场效应管放大电路的动态指标。动态指标。难点难点：结型和绝缘栅型场效应管的结构和工作原理结型和绝缘栅型场效应管的结构和工作原理