场效应管变阻特性的研究

场效应管变阻特性的研究

由于害羞极性和源极之间的海鸥电阻器，以及限制极和源极之间的电压vgos的关系，称为场效应管的变阻特性。利用该函数可以完成各种功能。若将结型场效应的漏极和源极分别接到差分放大器两管的发射极,则构成了一种压控增益放大器,称之为结型场效应压控增益放大器,如图1所示。Ra为差分管集电极负载电阻,Re为发射极电阻,交流阻抗越大越好。当电路对称时,场效应管漏极和源极之间的直流电压为零。当场效应管栅极电压Vg改变时,栅极和源极之间的电压Vgs随之变化,场效应管的Ros也就跟随变化,两个发射极之间的耦合程度改变,则差分放大器的增益因受Vgs控制而变化。本文将分析结型场效应管压控增益放大器的电路原理,并阐明其电路的特性和实用价值,为集成电路设计提供理论依据。1差历史上的差管接口该种压控增益放大器在单边输入时的交流等效电路如图2所示。T1为共发连接,Ros为场效应管漏源间的沟道电阻,T2为共基连接,hib为T2共基连接时的输入电阻。由图2可知:ib=uihie+hfe(Ros+hib)(1)ib=uihie+hfe(Ros+hib)(1)式中hie和hfe为差分管共发连接时的输入电阻和电流放大系数。T1的集电极电压为u01=-hfeRaib(2)而且,发射极电流就是T的输入电流,即ie=(hfe+1)ib=(hfe+1)uihie+hfe(Ros+hib)ie=(hfe+1)ib=(hfe+1)uihie+hfe(Ros+hib),则T2集电极电压为u02=icRa=hfeRauihie+hfe(Ros+hib)(3)u02=icRa=hfeRauihie+hfe(Ros+hib)(3)现取差分放大器总的输出电压u0=u02-u01,由(1)、(2)和(3)式可得该放大器总的增益为Au=u0ui=2hfeRahie+hfe(Ros+hib)(4)Au=u0ui=2hfeRahie+hfe(Ros+hib)(4)(4)式表明,该放大器的总增益除了与差分管的参数hie、hib、hfe和负载电阻Ra有关之外,还与场效应管的受控的漏源电阻Ros成反变关系。2压控增益特性wgs由于结型场效应管漏源电阻Ros与栅源电压之间的关系是非线性的,而且成正变关系,致使该放大器的增益与栅源电压之间的关系亦为非线性的,且成反变关系。依据结型场效应管的变阻特性和公式(4),选取hie=1.5kΩ,hfe=80,绘制出该放大器的压控增益特性曲线图(图3)。它表明,随着栅源电压Vgs的增大,该放大器的增益系数Au/Ra迅速下降;当Vgs增大到一伏特左右以后,Au/Ra的下降变得较为缓慢;当管子被夹断后,场效应管的Vgs=Vj,漏源电阻极大(理论上为无限大),增益Au下降为零。在探讨压控增益放大器的应用等问题时,该电路的压控增益特性可用如下幂级数表示:Au=a0+a1ugs+a2u2gs2gs当令ugs=0时,a0=Aumax=2hfeRahie+hfe(Ros0+hib)(5)a0=Aumax=2hfeRahie+hfe(Ros0+hib)(5)式中Ros0为场效应管的最小漏源电阻,可以用(5)式计算出来或由实验测得。当令ugs=1V时,a1=Au1-a0-a2,Au1可由实验测得;当令ugs=V夹时,Au=0,可得:a2=a0-a0/Vj-Au1Vj-1a2=a0−a0/Vj−Au1Vj−13压控增益放大器该种电路除可以用来作压控增益放大器之外,由于差分放大器的输出电压u0=a0ui+a1ugsui+a2u2gs2gsui式中有a1ugsui项,具有乘法器的特性,故这种压控增益放大器具有多种功能。3.1存在2.2调幅t用该种电路进行调辐时,有两个工作状态。一是载频信号ui=Vicosωt从T1的基极加入,调制信号ugs=Vgs+VΩcosΩt从场效应管的栅极加入,从T1和T2的集电极取出已调幅信号。u0=(a0+a1Vgs+a2V2gs+12a2V2Ω)Vicosωt+(a1VΩ+2a2VgsVΩ)VicosΩtcosωt+12a2V2ΩVicos2Ωtcosωt(6)u0=(a0+a1Vgs+a2V2gs+12a2V2Ω)Vicosωt+(a1VΩ+2a2VgsVΩ)VicosΩtcosωt+12a2V2ΩVicos2Ωtcosωt(6)(6)式表明:已调幅信号的载波平均幅度为V0=(a0+a1Vgs+a2V2gs+12a2V2Ω)ViV0=(a0+a1Vgs+a2V2gs+12a2V2Ω)Vi,调幅系数为ma=a1VΩ+2a2VgsVΩa0+a1Vgs+a2V2gs+12a2V2Ω,尚有u0=12a2V2ΩVicos2Ωtcosωt,信号输出,即调制失真。其二是将调制信号ui=VΩcosΩt从T1的基极加入,载频信号ugs=Vgs+Vmcosωt从场效应管的栅极加入,可从T1和T2的集电极取出已调幅信号u0=(a1VΩVm+2a2VgsVΩVm)cosΩtcosωt,这是双边带抑制载波的调幅信号,而且无调制信号的二倍频(2Ω)调幅输出,即调幅无失真。3.2从t1和t1集电极的混频输出若将信号ui=V1cosω1t和ugs=Vgs+V2cosω2t分别加至T1的基极和场效应管的栅极,那么,可从T1和T2的集电极获得混频输出。其输出幅度为Voω1±ω2=12a1V1V2,在对已调幅信号进行混频时,已调幅信号从T1的基极加入,不会引起包络失真,反之则有包络失真。3.3t1、s1集电极出的信号用该种电路进行鉴相、同步检波和频率解调时,参考信号都是从场效应管的栅极加入,所不同的是送入T1基极的信号和从T1、T2集电极取出的信号不相同。鉴相时,输入T1基极的是被测信号,从T1、T2集电极取出的是鉴相电压Voφ=12a1ViVgscosφ;同步检波时,输入T1基极的是调幅信号;频率解调时,输入T1基极的是调频信号。二者都从集电极取出音频信号UoΩ=12a1ViVgscosΩt,而且,同步检波和频率解调都是线性解调,即解调过程中不会引起非线性失真。4压控增益放大器以上分析表明,将结型场效应管的源极和漏极分别接到差分放大管的两个发射极所构成的