模拟电路课件FET之辅导篇.doc

场效应管及其放大电路之辅导篇一、基本要求1、了解场效应管的结构，理解其工作原理；2、掌握场效应管的符号、伏安特性、工作特点与主要参数；3、掌握场效应管放大电路的分析方法。二、学习指导重点：场效应管的符号、特性曲线、工作电压极性、主要参数、小信号模型。难点：1、主要参数（1）JFET和耗尽型MOSFET：饱和漏极电流IDSS，（VGS=0时的漏极电流）； 夹断电压VP（当VGS=VP时，ID0）。 （2）增强型MOSFET： 开启电压VT（当VGSVT时，导电沟道才形成，此时ID0）；（3）输入电阻RGS： 对JFET，RGS在1071012；对于MOSFET，RGS在10101015。 通常认为RGS。（4）低频跨导gm: 其大小反映了栅源电压VGS对漏极电流ID的控制能力的强弱。可以从转移特性或输出特性中求得，也可以用公式计算出来，单位是mS（毫西门子）。（5）极限参数：2、场效应管与晶体管的应用场合（1）场效应管是电压控制器件，栅极电流iG0, 晶体管是电流控制器件，基极电流iB0。晶体管的电流iC与发射结电压uBE成指数关系，而场效应管的漏极电流与栅源电压成平方关系。显然，晶体管的跨导比场效应管的跨导要大得多，选用晶体管进行放大可以得到比场效应管更高的电压放大倍数。（2）场效应管具有输入电阻高的特点，它适用于作为多级放大电路的输入级，尤其对高内阻信号源，采用场效应管能有效地放大。（3）场效应管是利用多子导电，而晶体管是同时利用多子和少子参与导电。由于少子的浓度容易受环境温度、外界辐射等因素的影响，因此，在环境变化比较大的场合采用场效应管最为放大管比较合适。（4）场效应管的噪声系数比晶体管小，因此，在低噪声放大器的前端以及信噪比要求比较高的场合宜选用场效应管。（5）场效应管的漏极和源极可以互换，耗尽型场效应管的栅源电压可正可负，在电路设计方面比晶体管有更多的灵活性。（6）两种管子都可以用于放大电路和可控电子开关，然而场效应管还可以作为压控电阻使用，而且制造工艺更便于集成化，因此在电子线路中得到广泛的应用。3、场效应管的选择方法（1）当控制电压可正可负时，应选耗尽型MOSFET。（2）当信号源内阻很高时，为得到较好的放大作用和较低的噪声系数，应选用场效应管。当信号源内阻很低时，为得到较好的放大作用，应选用晶体管。（3）在低电流运行条件下，应选用CMOS管。（4）在超高频、低噪声、弱信号的条件下，应选用场效应管。（5）在作为双向导电的开关时应选用场效应管。考点：1、偏置电路（1）固定偏置电路（已经不用）（2）自给偏压电路（结型和耗尽型MOS管）（3）分压式偏置电路（增强型和耗尽型场效应管）2、场效应管放大电路分析练习题一、选择填空（只填、字样）1晶体管是依靠 导电来工作的 器件；场效应管是依靠 导电来工作的 器件（多数载流子，少数载流子，电子，空穴，多数载流子和少数载流子，单极型，双极型）。2晶体管是 ；场效应管是 （电压控制器件；电流控制器件）3晶体管的输入电阻比场效应管的输入电阻 （大得多；差不多；小得多）。4放大电路中的晶体管应工作在 ；场效应管应工作在 （饱和区，放大区，截止区，夹断区，可变电阻区）。 5绝缘栅型场效应管是利用改变 栅源两极电压 的大小来改变 沟道电阻 的大小，从而达到控制 漏极电流 的目的；根据 栅源两极电压为零 时，有无 漏极电流 的差别，MOS管可分为 耗尽 型和 增强 型。二、解答题1.已知场效应管的输出特性曲线如图P1.22所示，画出它在恒流区的转移特性曲线。 图P1.22 解：在场效应管的恒流区作横坐标的垂线如解图P1.22（a）所示，读出其与各条曲线交点的纵坐标值及UGS值，建立iDf（uGS）坐标系，描点，连线，即可得到转移特性曲线，如解图P1.22（b）所示。 解图P1.222.结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其RGS大的特点。（ ）3.在图示电路中，已知场效应管的；问在下列三种情况，管子分别工作在那个区？ （1）, （2）, （3）,【解题过程】(1) 因为 管子工作在截止区。 (2) 因为 管子工作在放大区。(3) 因为 管子工作在可变电阻区。4.测得某放大电路中三个MOS管的三个电极的电位及其开启电压如表1所示。试分析各管的工作状态(截止区、恒流区、可变电阻区)，并填入表内。表1管 号UGS（th）/VUS/VUG/VUD/V工作状态T14513 T243310 T34605 【解题过程】 因为三只管子均有开启电压，所以它们均为增强型MOS管。判断管子的工作状态 当，时，管子处于恒流区； 当，时，管子处于可变电阻区； ，管子处于截止区。 由此可判断出它们各自的工作状态如表2所示。表2管 号UGS（th）/VUS/VUG/VUD/V工作状态T14513恒流区T243310截止区T34605可变电阻区5. 两个场效应管的转移特性曲线分别如图 (a)、(b)所示，分别确定这两个场效应管的类型，并求其主要参数（开启电压或夹断电压，低频跨导）。测试时电流iD的参考方向为从漏极D到源极S。(a) (b)【解题过程】 （a）图曲线所示的是P沟道增强型MOS管的转移特性曲线。其开启电压UGS（th）2V，IDQ= -1mA 在工作点（UGS5V， ID2.25mA）处，跨导（b）图曲线所示的是N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线，其夹断电压， 在工作点（UGS2V， ID1mA）处，跨导6.电路如图（a）所示，管子T的输出特性曲线如图（b）所示。 （1）场效应管的开启电压UGS（th）和IDO各为多少？ （2）uI为0 V、8 V两种情况下uO分别为多少？ （3）uI为10 V时在可变电阻区内g s间等效电阻rDS为多少？【解题过程】（1） 从图（b）可知UGS（th）4 V， IDO为UGS2 UGS（th）8 V时的ID，为1 mA。 （2）当uGSuI0 V时，管子处于夹断状态，因而iD0。uOuDSVDD iD RdVDD15 V。 当uGSuI8 V时，从输出特性曲线可知，管子工作在恒流区时的iD1 mA，所以uOuDSVDD iD Rd（15112）V3 VUGDUG UD（83）VUGS（th），故管子工作在可变电阻区。此时gs间等效为一个电阻rDS，与Rd分压得到输出电压。从输出特性中，在UGS8V的曲线的可变电阻区内取一点，读出坐标值，如（2，0.5），可得等效电阻所以输出电压（3）在uGS10 V的曲线的可变电阻区内取一点，读出坐标值，如（3，1），可得等效电阻与uGS8V的等效电阻相比，在可变电阻区，uGS增大，等效电阻rDS减小，体现出uGS对rDS的控制作用。7. 电路如图(a)示。其中，,场效应管的输出特性如图（b） 所示。试求电路的静态工作点、和之值。图(a) 图(b)【解题过程】 由场效应管的输出特性可知管子的，由式及得与双极型晶体管放大电路类似，分析场效应管放大电路的静态工作点，也有两种方法，解析法和图解法8.有一个场效应管放大电路如图(a)所示，已知IDSS4mA、UGS2V、UPUGS(off)4V、VDD20V。试求： （1）静态漏极电流IDQ； （2）RS1和RS2最大值； （3） 中频电压放大倍数； （4） 输入电阻和输出电阻。图(a) 【解题过程】 （1）根据电路图场效应三极管的符号，是N沟道结型场效应管，采用自给偏压电路（耗尽型结型场效应 三极管）。由公式可以求出ID=1mA（2）电路采用自偏压所以，解出RS12 RS2越大，UDS越小，大到一定程度，就不能保证工作在线性区（场效应管特性曲线相当双极型三极管的“放大区”称为饱和区，相当双极型三极管的“饱和区”称为可变电阻区）。进入饱和区的条件是漏端电压达到夹断电压以上，即（3）要求电压放大倍数，应先求跨导根据图（a）做出微变等效电路，如图 (b)所示。由此可求出图(b)（4）求输入电阻和输出电阻 上式在变换过程中，使用了这一关系，略去了Ii在Rs2上的压降。 注：对于增强型场效应管，跨导由增强型场效应管的转移特性曲线方程式求导得到9.现有基本放大电路： A. 共射电路 B. 共集电路 C. 共基电路 D. 共源电路 E. 共漏电路 输入电阻为Ri，电压放大倍数的数值为|，输出电阻为Ro。根据要求选择合适电路组成两级放大电路。（1） 要求Ri为1 k3 k， |104，第一级应采用_，第二级应采用_。（2）要求Ri大于10 M，|为500左右，第一级应采用_，第二级应采用_。（3）要求Ri约为150 k，|约为100，第一级应采用_，第二级应采用_。（4）要求|约为10，Ri大于10 M，Ro小于100 ，第一级应采用_，第二级应采用_。（5）设信号源为内阻很大的电压源，要求将输入电流转换成输出电压，且|1000，Ro小于100 ，第一级应采用_，第二级应采用_。【解题过程】（1） 由于Ri1 k3 k，第一级应采用共射放大电路；由于|104，第二级也应采用共射放大电路。同样具有较强的电压放大能力，为什么第二级不能选用共基放大电路呢？因为共基放大电路的输入电阻很小，使第一级的电压放大倍数变得很小，甚至完全不能放大，所以若采用共基电路，则不能满足电压放大倍数的要求。（2） 由于Ri大于10M，第一级应采用场效应管放大电路,若采用共漏放大电路，只第二级电路具有电压放大能力，则难于实现|为500左右，故第一级应采用共源放大电路，第二级应采用共射放大电路（3） 由于Ri约为150 k，第一级应采用共集放大电路；由于|约为100，第二级应采用共射放大电路。（4） 由于Ri大于10 M，第一级应采用场效应管放大电路；由于Ro小于100 ，第二级应采用共集放大电路；要求|约为10，第一级应采用共源放大电路，而不能采用共漏放大电路。（5） 由于信号源为内阻很大的电压源，即近似为恒流源,因此放大电路的输入电阻应尽可能小，以使信号源电流更多地流入放大电路,故第一级应采用共基放大电路。由于Ro小于100 ，第二级应采用共集放大电路。这样，第一级实现将输入电流转换成电压，第二级的输出电压近似等于第一级的输出电压，且具有很强的带负载能力。综上所述，答案为（1）A，A；（2）D，A；（3）B，A；（4）D，B；（5）C，B10试由图自测题3-3所示输出特性曲线判断它们各代表何种器件，如果是JFET管,请说明它属于何种沟道。(a) (b) (c)图自测题3-3解：图（a）为晶体三极管；图（b）为N沟道JFET管；图（c）为P沟道JFET管11测得电路中几个FET各极对地的电压如图自测题3-4所示，试判断它们各工作在什么区(恒流区/可变电阻区/夹断区)。V V V V(a) (b) (c) （d）图自测题3-4解：图（a）为恒流区；图（b）为可变电阻区；图（c）为恒流区；图（d）为恒流区12一个JFET的转移特性曲线如图自测题3-5所示。试问：（1）它是N沟道还是P沟道的FET？（2）它的夹断电压和饱和漏极电流各是多少？图自测题3-5解：由图自测题3-5可见，它是N沟道JFET，其中V，13一个MOSFET的转移特性如图自测题3-5所示（其中漏极电流的方向是它的实际方向）。试问：（1）该管是耗尽型还是增强型？（2）是N沟道还是P沟道FET？（3）从这个转移特性上可求出该FET的夹断电压还是开启电压？其值等于多少？图题3-6解：由图自测题3-6可见，它是P沟道增强型MOSFET，其中V14增强型FET能否用自偏压的方法来设置静态工作点？试说明理由。解:由于增强型MOS管在(无导电沟道),必须在(为开启电压)时才有,因此,增强型的MOS管不能用自偏压的方法来设置静态工作点.15. 现有一只结型场效应管和一只晶体管,你能否用万用表