电子电路场效应管放大

1、17:39:581 电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术 原理原理 第七章 基本放大电路 17:39:582 第7章 基本放大电路 p7.1 放大电路概述 p7.2 晶体管放大电路 p7.3 场效应管放大电路 p7.4 功率放大电路 p7.5 多级放大电路 17:39:583 7.3 场效应管放大电路 p任何元件，只要能够实现变量之间的控制 特性，就可以用来构成放大器。 p利用晶体管工作在放大区时，集电极电流iC 受基极电流iB控制（iCiB）这一特征，可 以构成晶体管放大电路。 p利用场效应管工作在恒流区时，漏极电流iD 受栅源电压uGS控制的特性，也可以构成场 效应管放大电路。 17:39

2、:584 7.3 场效应管放大电路 p7.3.1 场效应管放大电路的工作原理 p7.3.2 场效应管放大电路的组成 p7.3.3 场效应管放大电路的近似估算 17:39:585 7.3.1 场效应管放大电路的工作原理 p理解场效应管放大电路的工作原理， 首先要深入理解场效应管本身。 17:39:586 1深入理解场效应管 p场效应管的栅极、漏极和源极 n源极的意思是“载流子之源” n漏极的意思是“载流子之漏” n栅极这个名词来自电子管，其作用是控 制漏极和源极之间的电流。 p由于栅极电流为零，场效应管的漏极 电流与源极电流相等。 17:39:587 场效应管的电压偏置及电流方向 17:39:5

3、88 场效应管电压偏置及电流方向（续） pN沟道管的漏极电位高于源极电位，电 流从漏极流向源极； pP沟道管的漏极电位低于源极电位，电 流从源极流向漏极。 p漏源电压uDS的存在是形成漏极电流iD 的原因和必要条件。 17:39:589 场效应管电压偏置及电流方向（续） p以N沟道管为例，因为自由电子从源极 流向漏极（电流方向从漏极指向源 极），所以要求uDS0（漏极电位必须 高于源极电位）， puDS增大将导致iD增大，但是uDS和iD之 间的这种正相关性，却受到栅极电压 （用uGS表示）作用的强烈影响。 17:39:5810 uDS对载流子运动（iD）的影响 （1）uDS是用来形成iD的，

4、所以iD理应受 uDS的影响，二者存在正相关性； n但是uDS和iD之间的数值关系受到沟道变 化的重大影响。 17:39:5811 uGS对沟道的影响 （2）uGS是用来改变沟道的， n如果uGS引起沟道夹断，则iD0； n在沟道畅通的情况下，uGS还会改变沟道 的宽窄，进而改变漏极和源极之间的导 电特性，从而改变uDS和iD的比例系数， 这相当于漏极和源极之间的存在着一个 受uGS控制的可变电阻。 17:39:5812 uGS与uDS 共同改变沟道 （3）uGS对沟道的改变又受到uDS的影响。 n预夹断时，电流iD在uDS变化时基本保持 稳定。 n（请详细阅读教材） 17:39:5813 场

5、效应的外部偏置条件 pN沟道场效应管工作在恒流区的外部偏置条 件是uDS过高导致uGD过低，低到不足以维持 沟道畅通的程度。 p此时沟道发生预夹断，iD基本上不随uDS变 化而取决于uGS的值，并以转移特性来表示。 p当uDS较小时，场效应管不会发生预夹断， 也就不会进入恒流区，而是工作在可变电 阻区，此时的iD既取决于uDS，又取决于uGS。 17:39:5814 7.3.1 场效应管放大电路的工作原理 p场效应管的栅极、漏极和源极分别对应晶 体管的基极、集电极和发射极， p场效应管放大电路也可以组成共栅、共漏、 共源放大电路。 p要让场效应管放大电路实现对输入信号的 放大，也必须确保场效应

6、管能够不失真地 工作在恒流区（饱和区）， p而要实现这一点，就必须给场效应管提供 合适的偏置（自偏压和分压式偏压 ） 17:39:5815 2场效应管工作状态的确定 p场效应管的工作状态，既可以从电压角度 来判断，也可以从电流角度来判断。 n从电压角度看，场效应管的外加电压必 须能够确保“沟道预夹断”uGS能确 保沟道存在，uDS能确保沟道预夹断。 n从电流角度看，场效应管的控制特性以 平方关系出现。 17:39:5816 N沟道耗尽型FET工作状态 p截止区： n栅源电压过低，导致沟道夹断 UGSUP iD0 17:39:5817 N沟道耗尽型FET工作状态（续） p恒流区： n栅源电压够高

7、，保证沟道存在； n漏源电压过高，沟道预夹断 UPUGS0，UDSUGS-UP 2 1 P GS DSSD U U II 17:39:5818 N沟道耗尽型FET工作状态（续） p可变电阻区： n栅源电压够高，保证沟道存在； n漏源电压够低，沟道未发生预夹断 UPUGS0，0UDSUGS-UP 2 12 P DS P DS P GS DSSD U U U U U U II 17:39:5819 7.3.2 场效应管放大电路的组成 p共栅、共漏、共源 p要让场效应管放大电路实现对输入信 号的放大，也必须确保场效应管能够 不失真地工作在恒流区（饱和区）， 而要实现这一点，就必须给场效应管 提供合适

8、的偏置， 17:39:5820 1自偏压电路 p由于iG0， 以及电容C1的 隔直作用，栅 极电阻RG上不 可能有直流电 流流过，所以 栅极直流电压 UG0。 17:39:5821 自偏压电路（续） p又因为场效应管的iDiS，于是源极直流电 压US就等于源极电阻Rs上的直流电压： USRsID p于是栅源电压 UGSUGUSIDRs pID为零时，UGS0，耗尽型FET的导电沟道 就已经存在。 17:39:5822 自偏压电路（续） p自偏压电路要求栅极无电压时就存在 导电沟道，所以只能适用于耗尽型场 效应管。 p结型场效应管在没有栅极电压的时候 也存在导电沟道，所以也属于耗尽型 场效应管。

9、 17:39:5823 2分压式偏置电路 p分压式偏置 既适用于增 强型场效应 管也适用于 耗尽型场效 应管。 17:39:5824 7.3.3 场效应管放大电路的近似估算 p场效应管放大电路的分析与晶体管类 似，也要先进行直流分析，得到静态 工作点；再进行动态分析，得到放大 倍数、输入电阻、输出电阻等交流参 数。 p分析方法可以使用估算法（等效电路 法）或图解法。 17:39:5825 1场效应管放大电路的静态分析 p场效应管放大电路静态分析的思路，是首 先确定管子的工作状态，再计算此工作状 态下的静态工作点（IDQ，UGSQ，UDSQ）。 p应记住场效应管是一种电压控制器件，栅 极只需要偏

10、压，不需要偏流（IG0），所 以漏极电流恒等于源极电流（iDiS）。 p利用这个特性，再结合基尔霍夫定律和场 效应管伏安特性关系方程即可求解。 17:39:5826 场效应管电路静态分析思路（续） p假设其工作于某个特定区域，并求解 此状态下的G-S回路和D-S回路方程， p如果所得到的结果符合假设区域的偏 置条件，说明我们的假设正确； p否则说明我们的假设不正确，应作出 新的假设。 17:39:5827 场效应管静态分析步骤 p首先确定场效应管工作状态，步骤如下： n(1)假设FET工作于截止区，则 ID0，IG0 在此前提下计算UGS，验证 UGSUP 是否成立。如果成立，则说明FET处于

11、截 止区。否则进行第二步。 17:39:5828 场效应管静态分析步骤（续） p(2)假设FET工作于恒流区，则 IG0 在此前提下计算UGS，验证 UPUGS0，UDSUGSUP 是否成立。如果成立，则说明FET处于恒 流区，否则进行第三步。 2 1 P GS DSSD U U II 17:39:5829 场效应管静态分析步骤（续） p(3)假设FET工作于可变电阻区，则 IG0 在此前提下计算UGS，验证 UPUGS0，0UDSUGSUP 是否成立。如果成立，则说明FET处于可变电 阻区，否则应考虑场效应管是否已经击穿。 2 12 P DS P DS P GS DSSD U U U U U

12、 U II 17:39:5830 场效应管静态分析步骤（续） p其次根据已知状态计算静态工作点（ID， UGS，UDS）。 17:39:5831 场效应管静态分析举例 【例7-4】已知 UDD6V， Rd750， Rs500， 场效应管的 UP4V， IDSS16mA， 求静态工作点。 17:39:5832 场效应管静态分析举例（续） 【解】首先画出直流通路，如图 7-27所示。 因为栅极电流IG0，栅极电阻Rg 上无电流，可知 UG0 又因为USIDRs UGSUGUSIDRs 17:39:5833 场效应管静态分析举例（续） 下面分析场效应管的工作状态。 (1)假设FET工作于截止区，则ID0 UGSIDRs0(V) 不满足UGSUP的条件，说明FET不能工 作于截止区。 17:39:5934 场效应管静态分析举例（续） (2)假设FET工作于恒流区，得场效应管特性 方程 再根据G-S回路写出栅源电压表达式 UGSID500 求解，可验证场效应管不能工作于恒流区 （详细步骤见教材） 2 3 2 4 110161 GS P GS DSSD U U U II 17:39:5935 场效应管静态分析举例（续） (3)假设FET工作于可变电阻区，则 UDSUDDIDRdIDRs6ID1250 UGSUG