场效应晶体管放大电路的分析方法

第2章

基本放大电路

2.5场效应晶体管放大电路的分析方法

2.5.2共源组态基本放大电路的分析2.5.3共漏组态基本放大电路的分析

2.5.4共栅组态基本放大电路的分析2.5.5三种基本放大电路的比较2.5.1场效应管放大电路的偏置HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

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2.5.1.1.场效应晶体管放大电路的三种组态场效应晶体管有三种不同的组态(或称为三种接法)：共源极组态，与共发射极组态对应；共漏极组态，与共集电极组态对应；共栅极组态，与共基极组态对应。(a)共源组态(b)共漏组态(c)共栅组态图02.05.01场效应放大电路的三种组态RS2.5.1场效应管放大电路的偏置HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

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采用场效应晶体管构成放大电路时，不管什么组态，必须将静态工作点偏置到具有线性特性的恒流区。但是场效应晶体管与双极型晶体管不同，它是电压控制电流源器件，所以场效应管是电压偏置。分析场效应管放大电路也必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路。在进行动态分析之前，也需要先进行静态工作点的计算。

对于绝缘栅型场效应管放大电路，根据转移特性曲线，可以确定栅源电压UGS是正还是负；对于结型场效应管放大电路，以避免栅流来决定栅源电压UGS的正或负。HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

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场效应管放大电路要处于放大状态，必须有合适的偏置电压。由于场效应管有结型和绝缘栅型二大类，其中又分有增强型和耗尽型，N沟道和P沟道等类型，但结型场效应管只有耗尽型。对于建立放大状态偏压而言，只与沟道类型、增强型还是耗尽型有关。场效应管放大电路的偏置有分压偏置和自给偏压两种。图02.05.02是分压偏置，增强型和耗尽型管均可采用；自给偏压见图02.05.03，它只能采用耗尽型场效应管。图02.05.02分压偏置图02.05.03自给偏压

2.5.1.2场效应管放大电路设置偏置的规律HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

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图02.05.04是N沟道FET的转移特性曲线，对于图(a)耗尽型FET应偏置在负栅区，对于图(b)增强型FET应偏置在正栅区。N沟道耗尽型FET放大电路，可采用分压偏置外，也可采用自给偏压。采用自给偏压时，Rg2中无电流，所以UG=0。在负栅区因IDSS＞0，故US＞0，于是UGS=UG-US=-IDR，可满足负偏压的要求。对于增强型管，因UGS=0时，ID=0

，故不能采用自给偏压。(a)耗尽型管转移特性曲线(b)增强型管转移特性曲线图02.05.04场效应管的转移特性曲线HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

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具体的偏置电路形式：场效应晶体管放大电路的电压偏置有两种形式，分压偏置和自给栅偏压。自给栅偏压只能采用耗尽型场效应管。对于不同类型的场效应管归纳如下：

MOS增强型N沟道管放大电路，UGS>0工作，UGS<0截止;MOS增强型P沟道管放大电路，UGS<0工作，UGS>0截止。

MOS耗尽型N沟道管放大电路，UGS<0工作，也可UGS>0;MOS耗尽型P沟道管放大电路，UGS>0工作，也可UGS<0。对于结型场效应管放大电路，无论是N沟道还是P沟道管，以避免出现栅流来决定栅源电压UGS的正或负。即N沟道管放大电路为UGS<0；P沟道管放大电路为UGS>0。HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

2006.06分压偏置共源组态场效应管放大电路如图02.05.05所示，图(a)采用增强型管；图(b)采用耗尽型管。两种电路除了场效应管的类型不同，其他部分都相同。两种不同类型的场效应管的静态工作点计算方法一样，但所用的公式有些不同

。(a)采用增强型管(b)采用耗尽型管图02.05.05场效应管放大电路的分压偏置

2.5.1.3场效应管放大电路分压偏置HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

2006.062.5.1.3.1采用耗尽型场效应管放大电路的静态计算采用分压偏压对于耗尽型或增强型场效应晶体管均可适用。图02.05.05(b)为耗尽型场效应管构成的放大电路。由直流通路可知对N沟道，一般应使UGS<0。耗尽型场效应管的漏极电流管压降

UDSQ=VDD－IDQ(Rd+R)图02.05.05(b)采用耗尽型管HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

2006.062.5.1.3.2采用增强型场效应管放大电路的静态计算

式中IDO是uGS=2UGS(th)时所对应的iD。如果放大电路采用增强型场效应管，则栅源电压一般应使UGS>0。增强型场效应管的漏极电流管压降UDSQ=VDD－IDQ(Rd+R)

在求工作点解方程式时，需从两组解中挑选一组合理的解。

图02.05.05(a)采用增强型管HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

2006.06自给偏压共源组态场效应管放大电路如图02.05.06所示。建立正确的偏压就是建立正确的静态工作点，图示电路中的场效应管应该采用N沟道耗尽型MOSFET。因为栅流等于0，所以UG=0V、US=IDR，UGSQ=-IDQR

。根据场效应管的转移特性曲线，静态工作点Q应位于第二象限。漏极电流图02.05.06自给偏压共源放大电路管压降

UDSQ=VDD－IDQ(Rd+R)ID

2.5.1.4场效应管放大电路自给栅偏压

2.5.1.4.1自给偏压共源组态放大电路静态计算HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

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2.5.1.4.2自给偏压共源组态放大电路图解分析对图02.05.07的放大电路可根据下列方程式进行图解QUGSQIDQ图02.05.07在输入特性曲线上图解

直线方程uGS

=-

iDR与输入特性曲线的交点即是工作点Q。

由工作点Q，即可确定UGSQ

和IDQ。HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

2006.06在输出特性曲线上进行图解，取场效应晶体管的输出特性曲线；列出放大电路直流通路输出回路的负载方程式IDQVDD

由输入特性图解得到的UGSQUDSQ做直流负载线；由工作点Q即可得到Q图02.05.08在输出特性曲线上图解HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

2006.062.5.2共源组态基本放大电路的分析2.5.2.1场效应管低频小信号模型

与双极型晶体管一样，可以用一个线性模型来代替场效应管，条件仍然是工作在恒流区，或是微变信号。与双极型晶体管相比，因为场效应管的栅源之间的输入电阻十分大，可视为开路。输出回路是一个受控源，即电压控制电流源VCCS，大小是。电流源还并联了一个输出电阻rds，在双极型晶体管的简化模型中，因输出电阻rce>>R

L可视为开路，在此对于rds也应根据具体情况决定取舍。HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

2006.06图02.05.09场效应管h参数等效电路

场效应管简化的微变等效电路如图02.05.09所示，这个模型也仅适用低频和中频频段。开路VCCSHIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

2006.06计算图02.05.10所示的共源放大电路的中频电压放大倍数。先进行静态计算，确定放大电路是工作在线性区。根据直流通路，有图02.05.10共源放大电路2.5.2.2共源放大电路的静态分析HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

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因IDQ是二次方程，需要从中确定一个合理的解。一般可根据静态工作点是否合理，栅源电压是否超出了夹断电压，漏源电压是否进入饱和区等情况来确定。注意以上计算是针对由耗尽型场效应管构成的放大电路，若放大电路采用的是增强型场效应晶体管，则应采用下式计算漏极电流式中IDO是uGS=2UGS(th)

时所对应的iD。HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

2006.06将图02.05.10放大电路的微变等效电路画出，见图02.05.11。根据微变等效电路进行求解图02.05.11h参数中频微变等效电路因，所以式中R'L=rds//Rd//RL。如果有信号源内阻Rs时，源电压增益为Ri为输入电阻2.5.2.3共源放大电路的电压放大倍数HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

2006.06图02.05.11h参数中频微变等效电路根据微变等效电路，有场效应晶体管具有输入电阻高的特点，但是由于偏置电阻并联的影响，其输入电阻并不一定高。采用图02.05.12的电路可以提高场效应管放大电路的输入电阻。2.5.2.4共源放大电路的输入电阻HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

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图02.05.12电路的栅极分压电阻Rg1和Rg2经过一个较大的电阻Rg接到栅极，因栅流等于0，Rg的串入不影响栅极电位。而交流信号则经过耦合电容器直接接到栅极，它的微变等效电路如图02.05.13所示。图02.05.12共源放大电路图02.05.13微变等效电路由微变等效电路可知HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

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根据输出电阻的定义，令源电压等于0，负载电阻开路，并在输出端加一个测试电源，可得求输出电阻的微变等效电路，如图02.05.14所示。此时受控源相当开路。然后计算输出电阻，于是=

rds∥Rd

图02.05.10共源放大电路图02.05.14求输出电阻的微变电路2.5.2.5共源放大电路的输出电阻HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

2006.06由以上分析可知，共源组态放大电路与共射组态放大电路有相同的基本特点：１.电压放大倍数较大。２.输出电压的相位与输入电压的相位相反。

3.共源组态放大电路的输入电阻由偏置电路决定，采用一定的偏置电路方式可以获得高的输入电阻，这一点与共射组态放大电路有所不同。2.5.2.6共源放大电路的特点４.共源组态放大电路的输出电阻近似等于漏极负载电阻。HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

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2.5.3.1共漏组态放大电路的静态分析共漏组态基本放大电路如图02.05.15所示，其直流工作状态分析如下。图02.05.15共漏组态放大电路图02.05.16放大电路的直流通路2.5.3共漏组态基本放大电路的分析HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

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根据直流通路，可以计算出工作点的参数值:将给出的放大电路的参数代入以上各公式，考察计算值，应满足线性工作条件。HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

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2.5.3.2.1共漏组态放大电路的电压放大倍数先画出图示电路的中频微变等效电路，见图02.05.17。可求出电压放大倍数图02.05.17共漏组态放大电路微变等效电路式中当、

时，R'L=≈R//RL。

为正，表示输出与输入同相；一般均可满足gmR

L≫1的条件，所以≈1。

2.5.3.2共漏组态放大电路的动态分析HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

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2.5.3.2.2共漏组态放大电路的输入电阻图02.05.17共漏组态放大电路微变等效电路

由微变等效电路很容易看出输入电阻

输入电阻由偏置回路的电阻决定。HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

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2.5.3.2.3共漏组态放大电路的输出电阻

按照求输出电阻的规则，画出微变等效电路，如图02.05.18所示，并进行下列计算图02.05.18求输出电阻的微变等效电路当R<<rds时HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

2006.06由以上分析可知，共漏放大电路与共集组态放大电路有相同的基本特点：１.电压放大倍数小于1且接近于1。２.输出电压的相位与输入电压的相位相同，输出电压的波形和输入电压的波形一样，故又名源极跟随器。

3.共漏组态放大电路的输入电阻高，输出电阻低，具有阻抗变换的特点，有较强的带负载能力，常用于多级放大电路的输入级和输出极，以及功率放大电路。2.5.3.2.4共漏放大电路的特点HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

2006.062.5.4共栅组态基本放大电路的分析共栅组态基本放大电路如图2.5.19所示，其电路结构与共基组态相似，只是用场效应管取代双极型晶体管。共栅组态基本放大电路的静态分析与共源组态放大电路相同，不再重述。2.5.4.1共栅组态基本放大电路的静态分析图02.05.19共栅组态基本放大电路HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

2006.062.5.4.2共栅组态基本放大电路的动态分析共栅组态基本放大电路的微变等效电路如图02.05.20所示。

等效电路2.5.4.2.1电压放大倍数图02.05.20共栅组态微变等效电路HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法

2006.062.5.4.2.2输入电阻2.5.4.2.3输出电阻

Ro≈Rd

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2006.06组态对应关系

CS共源