模拟电子技术基础

1. 模拟电子技术基础 课件制作：  郑恒秋

2. §2.8 场效应管放大电路 • 场效应管的源极、栅极和漏极分别对应于晶体管的射极、基极和集电极。与晶体管的共射、共基和共集三种组态相对应，场效应管也有共源、共栅和共漏三种组态。 • 一、场效应管的偏置电路 • 二、场效应管静态工作点的确定 • 三、场效应管的动态分析 • 四、场效应管三种组态放大性能的比较 • 五、应用举例

3. 一、场效应管的偏置电路 • 1、自偏压电路 • 在场效应管放大器中，由于结型场效应管与耗尽型MOS场效应管的uGS=0时，iD0，故可以采用自偏压方式，如图所示： • 与晶体管放大器类似，静态工作点的设置对放大器的性能至关重要。

4. 在静态时，场效应管栅极电流为零，因此栅极电压为零；而漏极电流不为零，必然在源极电阻上产生压降，使栅源电压为负，获得合适的工作点。在静态时，场效应管栅极电流为零，因此栅极电压为零；而漏极电流不为零，必然在源极电阻上产生压降，使栅源电压为负，获得合适的工作点。 注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需 要负栅源电压的电路。

5. 2、混合偏压电路 • 对于增强型MOSFET，由于uGS=0时，iD=0，故一定要采用分压式偏置或混合式偏置方式，如图所示：

6. 注意：该电路产生的栅源电压可正可负，所以适 用于所有的场效应管电路。

7. 二、场效应管静态工作点的确定 • 1、图解法 在场效应管的转移特性曲线上做出栅源回路直流负载线的方程，其交点即为工作点。

8. 对于（a)图，Q1为JFET的工作点，Q2为耗尽型MOSFET的工作点；对于（a)图，Q1为JFET的工作点，Q2为耗尽型MOSFET的工作点； • 对于（b)图，Q1为JFET的工作点，Q2为耗尽型MOSFET的工作点，Q3为增强型MOSFET的工作点。

9. 2、解析法 • ⑴耗尽型场效应管的电流方程为： • 把它在静态时的表达式与栅源间静态电压的表达式联立即可求出IDQ和UDSQ：

10. 把它在静态时的表达式与栅源间静态电压的表达式联立即可求出IDQ和UDSQ：把它在静态时的表达式与栅源间静态电压的表达式联立即可求出IDQ和UDSQ： • ⑵增强型场效应管的电流方程为： • 把下式代入上式，解关于iD的二次方程，有两个根，舍去不合理的一个根，留下合理的一个根便是IDQ。

11. 三、场效应管的动态分析 • 1、场效应管的低频小信号等效模型 • 2、共源放大电路的分析 • 3、共漏放大电路的分析 • 4、共栅放大电路的分析

12. 1、场效应管的低频小信号等效模型 • 与晶体管模型的导出相类似，iD是uGS和uDS的函数： • iD=f(uGS， uDS） • 研究动态信号时用全微分表示：

13. 当信号较小时，管子的电压、电流仅在Q点附近变化，可以认为是线形的，gm与rds近似为常数，用有效值表示：当信号较小时，管子的电压、电流仅在Q点附近变化，可以认为是线形的，gm与rds近似为常数，用有效值表示： • 定义： • 由此式可画出场效应管的低频小信号等效模型： • 可见场效应管的低频小信号等效模型比晶体管还要简单。

14. 可以从场效应管的转移特性和输出特性曲线上求出gm与rds。可以从场效应管的转移特性和输出特性曲线上求出gm与rds。 • ⑴由转移特性曲线可知，gm是uDS=UDSQ那条曲线上Q点处的斜率。由于gm是输出回路电流与输入回路电压之比，所以称为跨导。

15. ⑵由输出特性曲线可知，rds是uGS=UGSQ这条曲线上Q点处斜率的倒数，描述曲线上翘的程度。⑵由输出特性曲线可知，rds是uGS=UGSQ这条曲线上Q点处斜率的倒数，描述曲线上翘的程度。

16. 由于rds的值很大，可以忽略，得到简化的等效模型：由于rds的值很大，可以忽略，得到简化的等效模型：

17. 对增强型MOS管，可用电流方程求出gm的表达式：对增强型MOS管，可用电流方程求出gm的表达式：

18. 在小信号作用时，可用IDQ代替iD，得出：

19. 对耗尽型MOS管，同样可用电流方程作类似的推导求出gm的表达式，电流方程和推导如下：对耗尽型MOS管，同样可用电流方程作类似的推导求出gm的表达式，电流方程和推导如下：

20. 在小信号作用时，可用IDQ代替iD，得出：

21. 休息

22. 2、共源放大电路的分析 • ⑴ 电路结构

23. ⑵交流分析 • 先画出交流通路，再画出交流等效电路：

24. 再根据等效电路计算交流性能： • ① 电压放大倍数 电压放大倍数为负值，说明输出电压与输入电压反相。 如果有信号源内阻RS时： ② 输入电阻： Ri== Rg1∥Rg2 ③ 输出电阻： RO=RD

25. 3、共漏放大电路的分析 • ⑴电路结构 一个共漏放大器的电路图如下：

26. ⑵交流分析 • 先画出交流通路，再画出交流等效电路：

27. 再根据等效电路计算交流性能： • ① 电压放大倍数： • 电压放大倍数为正值，表示输出电压与输入电压同相。

28. ② 输入电阻：

29. ③ 输出电阻： 输入端短路，用输出端加电压求电流的方法。

30. 4、共栅放大电路的分析 • ⑴电路结构 一个共栅放大器的电路图如下：

31. ⑵交流性能分析 • 先画出交流通路，再画出交流等效电路：

32. 再根据等效电路计算交流性能：

33. 四、场效应管三种组态放大性能的比较

34. 五、应用举例 • 例1、电路如图。已知UGS(off)=-4V，IDSS=1mA，VDD=16V，RG1=160K， RG4=40K， RG=1M， RD=10K， RS=8K， RL=1M，试计算：1、静态工作点Q；2、输入电阻Ri和输出电阻RO；3、电压放大倍数 。

35. 解： 1、计算静态工作点Q

38. 2、计算输入电阻Ri和输出电阻RO

39. 3、计算电压放大倍数 。

40. 例2、电路如图。已知场效应管的UGS(off)=-4V， IDSS=2mA， VDD=15V， RG=1M， RL=1M， RS=8K，试计算：1、静态工作点Q；2、输入电阻Ri和输出电阻RO；3、电压放大倍数 。

41. 解： 1、计算静态工作点Q

43. 2、计算输入电阻Ri和输出电阻RO • 3、计算电压放大倍数 。

44. 作业 • P133 2.20 • P134 2.22

45. 再见