电路与模拟电子技术原理 教学课件 ppt 作者 胡世昌 第7章2场效应管放大
08:35:45,1,电路与模拟电子技术 原理,第七章 基本放大电路,08:35:45,2,第7章 基本放大电路,7.1 放大电路概述 7.2 晶体管放大电路 7.3 场效应管放大电路 7.4 功率放大电路 7.5 多级放大电路,08:35:45,3,7.3 场效应管放大电路,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。 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。 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。,08:35:45,4,7.3 场效应管放大电路,7.3.1 场效应管放大电路的工作原理 7.3.2 场效应管放大电路的组成 7.3.3 场效应管放大电路的近似估算,08:35:45,5,7.3.1 场效应管放大电路的工作原理,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。,08:35:45,6,1深入理解场效应管,场效应管的栅极、漏极和源极 源极的意思是“载流子之源” 漏极的意思是“载流子之漏” 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。 由于栅极电流为零，场效应管的漏极电流与源极电流相等。,08:35:45,7,场效应管的电压偏置及电流方向,08:35:45,8,场效应管电压偏置及电流方向（续）,N沟道管的漏极电位高于源极电位，电流从漏极流向源极； P沟道管的漏极电位低于源极电位，电流从源极流向漏极。 漏源电压uDS的存在是形成漏极电流iD的原因和必要条件。,08:35:45,9,场效应管电压偏置及电流方向（续）,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）， uDS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。,08:35:45,10,uDS对载流子运动（iD）的影响,（1）uDS是用来形成iD的，所以iD理应受uDS的影响，二者存在正相关性； 但是uDS和iD之间的数值关系受到沟道变化的重大影响。,08:35:45,11,uGS对沟道的影响,（2）uGS是用来改变沟道的， 如果uGS引起沟道夹断，则iD0； 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。,08:35:45,12,uGS与uDS 共同改变沟道,（3）uGS对沟道的改变又受到uDS的影响。 预夹断时，电流iD在uDS变化时基本保持稳定。 （请详细阅读教材）,08:35:45,13,场效应的外部偏置条件,N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。 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。 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。,08:35:45,14,7.3.1 场效应管放大电路的工作原理,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， 场效应管放大电路也可以组成共栅、共漏、共源放大电路。 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的偏置（自偏压和分压式偏压 ）,08:35:45,15,2场效应管工作状态的确定,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。 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。 从电流角度看，场效应管的控制特性以平方关系出现。,08:35:45,16,N沟道耗尽型FET工作状态,截止区： 栅源电压过低，导致沟道夹断 UGSUP iD0,08:35:45,17,N沟道耗尽型FET工作状态（续）,恒流区： 栅源电压够高，保证沟道存在； 漏源电压过高，沟道预夹断 UPUGS0，UDSUGS-UP,08:35:45,18,N沟道耗尽型FET工作状态（续）,可变电阻区： 栅源电压够高，保证沟道存在； 漏源电压够低，沟道未发生预夹断 UPUGS0，0UDSUGS-UP,08:35:45,19,7.3.2 场效应管放大电路的组成,共栅、共漏、共源 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的偏置，,08:35:45,20,1自偏压电路,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。,08:35:45,21,自偏压电路（续）,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 于是栅源电压 UGSUGUSIDRs ID为零时，UGS0，耗尽型FET的导电沟道就已经存在。,08:35:45,22,自偏压电路（续）,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。 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。,08:35:45,23,2分压式偏置电路,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。,08:35:45,24,7.3.3 场效应管放大电路的近似估算,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。 分析方法可以使用估算法（等效电路法）或图解法。,08:35:45,25,1场效应管放大电路的静态分析,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）。 应记住场效应管是一种电压控制器件，栅极只需要偏压，不需要偏流（IG0），所以漏极电流恒等于源极电流（iDiS）。 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。,08:35:45,26,场效应管电路静态分析思路（续）,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， 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； 否则说明我们的假设不正确，应作出新的假设。,08:35:45,27,场效应管静态分析步骤,首先确定场效应管工作状态，步骤如下： (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处于截止区。否则进行第二步。,08:35:45,28,场效应管静态分析步骤（续）,(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。,08:35:45,29,场效应管静态分析步骤（续）,(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。,08:35:45,30,场效应管静态分析步骤（续）,其次根据已知状态计算静态工作点（ID，UGS，UDS）。,08:35:45,31,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。,08:35:45,32,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,08:35:45,33,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。,08:35:45,34,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 UGSID×500 求解，可验证场效应管不能工作于恒流区 （详细步骤见教材）,08:35:45,35,场效应管静态分析举例（续）,(3)假设FET工作于可变电阻区，则 UDSUDDIDRdIDRs6ID×1250 UGSUGUSIDRsID×500 求解，可验证满足可变电阻区的偏置条件。 （详细步骤见教材）,08:35:45,36,场效应管静态分析举例（续）,场效应管在可变电阻区的两个条件都得到了满足，场效应管的确工作于可变电阻区。其静态工作点为 （ID3.774mA，UGS1.887V，UDS1.282V）。,08:35:45,37,2场效应管放大电路的动态分析,
