2.场效应管及其放大电路_图文.ppt

图6-47 分压式偏置电路
/info/flashshow/0079614.html（第 8／10 页）2010-9-6 19:00:12
场效应管原理及放大电路
图6-47为分压式偏置电路，RG1和RG2为分压电阻。 栅-源电压为(电阻RG中并无电流通过) (6-24) 式中，UG为栅极电位。对N沟道耗尽型场效应管，UGS为负值，所以RSID＞UG；对N沟道增强型场效应管，UGS为正值，所以RSID＜UG。 当有信号输入时，我们对放大电路进行动态分析，主要是分析它的电压放大倍数及输入电阻与输出电阻。图6-48是图6-47所示分压式偏置放大电路的交流通 路，设输入信号为正弦量。 在图6-47的分压式偏置电路中，假如RG= 0，则放大电路的输入电阻为
故其输出电阻是很高的。在共源极放大电路中，漏极电阻RD和场效应管的输出电阻rDS是并联的，所以当rDS ro≈RD (6-26)
RD时，放大电路的输出电阻
这点和晶体管共发射极放大电路是类似的。 输出电压为 (6-27) 式中 ，由式(6-23)得出 。
电压放大倍数为
/info/flashshow/0079614.html（第 9／10 页）2010-9-6 19:00:12
场效应管原理及放大电路
图6-43 N沟道耗尽型场效应管的输出特性曲线
图6-44 N沟道耗尽型场效应管的转移特性曲线 以上介绍了N沟道绝缘栅场效应增强型和耗尽型管，实际上P沟道也有增强型和耗尽型，其符号如图6-45所示。
/info/flashshow/0079614.html（第 6／10 页）2010-9-6 19:00:12
场效应管原理及放大电路
(6-28) 式中的负号表示输出电压和输入电压反相。 【例6-7】 在图6-47所示的放大电路中，已知UDD=20 V，RD=10 kΩ，RS=10 kΩ，RG1=100 kΩ，RG2=51 kΩ，RG=1 MΩ，输出电阻为RL=10 kΩ。场效应管的 参数为IDSS=0.9 mA，UP= 4 V，gm=1.5 mA。试求：(1)静态值；(2)电压放大倍数。 解：(1) 由电路图可知

= V u TV （BR）GS 栅源间的最高反向击ds穿
Uds=常数
∂ id
∂uds
PDM
最 大 漏 极id允v许gs功=常耗数， 与 三 极 管 类
似。
第34页/共51页
3）FET的三种工作组态
• 以NMOS（E）为例：
ID UDS
RD
UDS
D
B输
B
输 入
G S
UGS
输
G
输
出入
UGS RD
出
共源组态： 输入：GS 输出：DS
（1）栅源电压对沟道的控制作用
在栅源间加
令VDS =0
• 增强型IGFET象双结型三极管一样有一个开启电压
VT ，（相当于三极管死区电压）。
• 当UGS低于VT时，漏源之间夹断。ID=0
g = = •
当
时
m
UGS高于 I
的ID ∂ iD
∂uGS
DV=T 时I DUV，0GT（S漏
源
之
间
加电压 -1）2
2 2ID0(UGS-1)
后。
；
IDID0
VT VT
相当一个很大的电阻
G+ UGS
PN N结
PN
VDD
结N
P
- IS=ID
第5页/共51页
3)、JFET的主要参数
1）夹断电压VP:手册给出是ID为一微小值时的
VGS
32)）、饱电和压漏控极制电电流流I系DS数S;
gm=
4）交流输出电阻 rds=
uds
id
V =0，时的I id
GS vgs
Uds=常数
结型场效应晶体管JFET

v O1
例在如图所示电路中，已知VDD=15V，Rg1=150kΩ， Rg2=300kΩ， Rg3=1MΩ， Rd= RL=5kΩ，Rs=0.5kΩ， MOS管的VT=2V， IDO=2mA 。 试求解：
（1）电路的静态工作点；R 2
（2）电路的电压放大倍数、输入
电阻和输出电阻;
解：（1）
vI vi
i
2．共源极放大电路的动态分析
R2
+
vO
vI vi
vo
vGS 2VT
fL
v2 R1 v2
vO1 /V
-
vGS 2
交流等效电路
VT1
Av
V T
VVo2i VT
vGS
g
mVGS (Rd VGS
// RL )
v GS1
g m RL vGS VT
f
Rivi
vI 2
Ro Rd
vO2 /V
第25页/共32页
5
0.15 0.3
Ri
Rg 3
Rg1
//
Rg 2
(2
)M 0.15 0.3
2.1M
vOR1o/
V
Rd
2k
vi
第28页/共32页
v GS1 vGS VT
fL
f vI 2
3．共漏极放大电路的动态分析
R2 vi
vI
V i vO
VGS g mVGS
v2 R1
VGG VGSQ I DQ RS
（1）
vGD VT
iD几乎仅仅受控于vGS
vGS的增大几乎全部用 来克服夹断区的电阻
第12页/共32页
R2 vI
（2）特性曲线和电流方程

N
T UCEQ
uo
(VCC ,0) RC
Q1
Q2
IB
0
M(VCC,U0C) E/V
(3) 改变RC — 直流负载线斜率发生改变
IBQ
RB C1
ui
VCC
RC
ICQ
C2
ICQ
=
VCC
- UCEQ RC
I BQ = VCC
IC/mA
- UBEQ RB
RC2 > RC1
T UCEQ
(VCC
N
,0)
uo RC
+ UBEQ
当输入信号为0时， IBQ、ICQ、 UBEQ、UCEQ称为放大电路的静态工作点Q —Quiescent P oint
(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )分别对应于输入输
出特性曲线上的一个点称为静态工作点。
IB
IC
IBQ
Q
ICQ
UBE UBEQ
Q
UCEQ
UCE
交流通路是在输入信号作用下，交流信号流 经的通路，也就是动态电流流经的通路，用于 研究动态参数。
二、输入电阻Ri
• 放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号 ，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放 大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越 大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越
小。
US ~
Ii
Ui
Au
Ri
=
Ui Ii
Ii
+
Au
Rs
Ui +
Ri
Us
--
信号源为电压源
Ii
Rs
Ri
Is
(c)

（3） 在N沟道JFET中，uGS和UGS（off）均为负值。
在P沟道JFET中，uGS和UGS（off）均为正值。
3.1.3
结型场效应管的伏安特性
+ + – –
在正常情况下，iG =0，管子无输入特性。
1．输出特性（漏极特性）
+ +
6
4
2
可 变 电 阻 区
–
–
放大区
特性曲线
0
10
20
截止区
6
（2）当管子工作于恒流区时，转移特性曲线基本重合。
I DSS
当管子工作于恒流区时
uGS 2 iD I DSS (1 ) U GS(off)
I DSS iD uGS 0 V
uDS U GS(off)
称为零偏漏极电流
3.1.4
结型场效应管的主要电参数
1．直流参数
(1) 夹断电压UGS(off)
=0
G D
+ + P P
UGS(off)——
栅源截止电压 或夹断电压
N型导电沟
N
道
P+
当uDS=0时，uGS对沟道的控制作用动画演示
2．当uGS =0时，uDS对沟道的控制作用 – S =0 G + D
P+
N型导电沟
N
道
P+
a．0<uDS<|UGS(off)|
(a) 漏极电流iD≠0 uDS增大，iD增大。 (b) 沿沟道有电位梯度 (c)沿沟道PN结 反偏电压不同
– S =0 G
+ D
P+
N型导电沟
uDS 道
N

• JFET是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制， 来改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流的大小。
• 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后， iD趋于 饱和。
2019/10/20
思考：为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？
场效应管的应用小结
• 一是当作压控可变电阻，即非线性电阻来使用， VGS的绝对值 越大，导电沟道就越窄，对应的导电沟道电阻越大，即电压 V电G阻S控使制用电时阻，的导大电小沟，道管还子没工有作出在现可预变夹电断阻；区，当作压控可变
2019/10/20
场效应管的分类
场效应管 FET
结型
JFET
IGFET ( MOSFET ) 绝缘栅型
N沟道 P沟道 增强型
耗尽型
2019/10/20
N沟道 P沟道
N沟道 P沟道
第二节 结型场效应管(JFET)的 结构和工作原理
一、结型场效应管的结构
二、结型场效应管的工作原理
三、结型场效应管的特性曲线 及参数
UDS（sat） ≤│Up│。
JFET的三个状态
• 恒流区（放大区、饱和区） • 可变电阻区 • 截止区
2019/10/20
小结
• 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以 场效应管也称为单极型三极管。
• JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此 iG0，输入电阻很高。
• JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制。
第一节 场效应管概述 第二节 结型场效应管的结构和工作原理 第三节 绝缘栅场效应管的结构和工作原理 第四节 场效应管放大电路
2019/10/20
• 3-1 • 3-4 • 3-6 • 3-12
作业
2019/10/20

• (b) Use Multi-sim to verify your results in part (a).
2.6 基本放大电路的派生电路
• 1 复合管 • 2 阻容耦合复合管共射放大电路 • 3 阻容耦合复合管共集放大电路
4 共射－共基放大电路的交流通路 5 共集－共基放大电路的交流通路
1. 复合管
1.FET的几种应用方式：
• ⑴.FET开关电路 • ⑵.FET放大元件 • ⑶.FET压控电阻： • ⑷.FET恒流源电路：
2.自生柵偏压JFET Amp.
Ci
ui
Rg
Vdd
Rd
CO
＋
Rs
－
uo
CS
JFET Amp.静态分析
• DC通路计算Q:
UGS
JFET Amp.动态分析
AC通路计算Q:
Cc
Rs
Cb
us ∽
Re
uo RL
⑴.共集放大电路的直流通路和交流通路
Rb Re
直流通路
Rb
Rs
Re
RL
交流通路
共集放大电路的交流通路
Rs
Rb
Rc
RL
⑵.共集放大电路的RO等效电路
Rs Rb
Us=0 -
Re uo
⑶. 基本共集放大电路的交流等效电路
直接耦合
Rb
⑷.共集放大电路的输出电阻
Rs Rb
Ro
共集Amp.的性能特点：
• ⑴.无电压放大作用； • ⑵.有电流放大能力；
• ⑶.Ri 较大； • ⑷.Ro较小；
• ⑸.输出跟隨输入改变；
p.205
2.共基放大电路
C1
RS Re
Rb1

场效应管及基本放大电路
场效应管是利用电场效应来控制电流 大小，与双极型晶体管不同，它是多子导 电，输入阻抗高，温度稳定性好、噪声低。 场效应管有两种: 绝缘栅型场效应管MOS 结型场效应管JFET
分类：
JFET 结型 MOSFET (IGFET) 绝缘栅型
N沟道
P沟道
（耗尽型） N沟道
FET 场效应管
ID=f(VDS)VGS=const
输出特性曲线
vGS 在恒流区，iD I D 0 ( - 1) 2 VT
I D 0是vGS 2VT时的iD值
输出特性曲线
(1) 截止区（夹断区） VGS< VT以下区域就是截止区 VGS VT ID=0
iD
(2) 放大区（恒流区） 产生夹断后，VDS增大，ID不变的 区域，VGS -VDS VP VDSID不变 处于恒流区的场效应管相当于一 个压控电流源 (3)饱和区（可变电阻区） 未产生夹断时，VDS增大，ID随着增大的区域 VGS -VDS VP VDSID 处于饱和区的场效应管相当于一个压控可变电阻
夹断 电压
在恒流区时 uGS 2 iD I DSS (1 ) Up
uGD=UGS(off)时称为 预夹断
3. 主要参数
① 夹断电压VP (或VGS(off))： 漏极电流约为零时的VGS值 。 ② 饱和漏极电流IDSS： VGS=0时对应的漏极电流。 ③ 低频跨导gm： 低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm 可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。
2. 静态工作点
Q点： VGS 、 ID 、 VDS 已知VP ，由
vGS = - iDR
VDS = VDD - ID (Rd + R )

三、场效应管放大电路的动态分析
1. 场效应管的交流等效模型
与晶体管的h参数等效模型类比：
近似分析时可认 为其为无穷大！
iD gm uGS
U DS
根据iD的表达式或转移特性可求得gm。
i D 2 I DSS 1 uGS gm uGS U U GS(off) U GS(off)

U
DS
2 I
2 DSS
1 uGS U GS(off) U GS(off)

2
U DS
2 U GS(off)
2 U GS(off)
2 UGS(th)
I DSS iD
当小信号作用时，可以用来 I DQ近似id，所以
gm
I DSS I DQ
同理，对于增强型MOS管
gm
I DO I DQ
2. 基本共源放大电路的动态分析
• 例2.7.1 已知图中所示电路 VGG 6V VDD 12V Rd 3kΩ
VGS(th) 4V I DO 10mA
试估算电路的Q点
Au
Ro
解：（1）求Q：
VGS VGG 6V 2 U GSQ I DQ I DO 1 2.5mA U GS(th) UDSQ VDD I DQ Rd 4.5V
优点：输入电阻高、噪声系数低、温度稳定性好、 抗辐射能力强、便于集成化。缺点：放大能力差。
输入 输出 公共极
Au
gm Rd 大 倒相
Ri
Ro
共源 g
d
s
很大 大几千欧 几倍~几十倍
gm Rs 1 gm Rs 小同相