第2章 基本放大电路(7)2.6场效应管放大电路

（2）画出场效应管的输 出特性曲线，并找到
UGSQ = VGG对应的曲线
2 - 6 - 35
（3）根据电路的输出回路
G
D
uDS VDD iD Rd
画输出回路负载线， 与UGSQ =VGG对应的曲 线的交点即为Q。
S
2 - 6 - 36
2）利用公式法估算Q:
(1)已知栅极电流为0, UGSQ VGG
2. 夹断电压UGS(off) :UDS一定时,使iD减小到规定的微小 电流时所需的uGS值——耗尽型场效应管的参数。 3. 饱和漏极电流IDSS ：耗尽型场效应管，当UGS=0时, 对 应的漏极电流。 4. 低频跨到gm: gm数值的大小表示uGS对iD的控制作用— —动态参数。
3 –1– 28
G
D
VDD保证T工作 在线性区且提 供电路的能量 来源。
S
RD将iD的变 化转换成的 uDS变化。
VGG提供合 适的uGS。
T为增强型N沟道MOS管， 起电流放大作用。
2 - 6 - 34
2、静态分析
计算静态工作点： UGSQ IDQ UDSQ 1）利用图解法 （1）ui=0时
G D
S
栅极电流为0 UGSQ VGG
习题解答
2-4-9
解:（1）静态分析：
U BQ Rb1 VCC 2V Rb1 Rb2
U BQ U BEQ Rf Re 1mA
I EQ
I BQ
I EQ 1
10 μ A
U CEQ VCC I EQ ( Rc Rf Re ) 5.7V
2 - 4 - 10
（2）若改用＝200的晶体管
U BQ Rb1 VCC 2V Rb1 Rb2 U BQ U BEQ Rf Re I EQ 1 1mA
I EQ I BQ
50 μA
U CEQ VCC I EQ ( Rc Rf Re ) 5.7 V
则静态工作点Q基本稳定。
（2）NMOST电流方程为：
G
D
S
uGS 2 iD I DO ( 1) U GS(th) IDO为uGS= 2UGS（th）时的iD。 VGG 2 I DQ I DO ( 1) U GS(th) ——得到静态工作点：
U DSQ VDD I DQ Rd
UGSQ IDQ UDSQ
1) 2
确定Q。
U DSQ U DD I DQ ( RS RD )
2 - 6 - 40
注意： Rg3可取几MΩ,以增加
输入电阻。
分压式偏置电路适用于各
种场效应管,可以利用Rg1、Rg2
的分压调整合适的UGS,保证各 种类型的场效应管的正常工作。
U GSQ U GQ U SQ
3 –1– 21
iD
综上所述:
当uGD < uGS(off）时， iD几乎仅仅决定于 uGS ，而与uDS无
iiD D
关。可以把iD近
似看成uGS控制 的电流源。
3 –1– 22
三、绝缘栅型场效应管（ MOS 管）
源极 栅极 漏极
S G D
G
D
B S
P型衬底
N 沟道增强型场 效应管
3 –1– 23
2 - 6 - 14
场效应管
一、场效应管分类
结 型 场 效 应 管
3 –1– 15
绝 缘 栅 型 场 效 应 管 的 分 类
3 –1– 16
N沟道
增强型
P沟道
N沟道
耗尽型
P沟道
二、结型场效应管的结构和工作原理
D G
漏极
栅 极
S
源极
N沟道
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P沟道
3 –1– 18
工作原理
1. UDS＝0， iD＝0, UGS对导电沟道的 影响
308
Ri Rb // rbe rbe 1.3k RO RC 5k
2-4-7
RL＝3kΩ时, UCEQ 、电压放大倍数、输入电阻 和输出电阻分别为：
U CEQ RL VCC I CQ ( RC // RL ) 2.3V Rc RL
' RL Au 115 rbe
U GS th PMOS 管为电压
控制器件，当 uGS <UGS(th) P ，MOS 管导通。
类型 N沟道 耗尽型 绝缘栅 型场效 应管 P沟道 耗尽型 绝缘栅 型场效 应管
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符号
转移特性曲线
输出特性曲线
五、 场效应管的主要参数
1. 开启电压UGS(th):当UDS一定时,使漏极电流iD>0 时所需加的UGS值—增强型场效应管的参数。
2 - 4 - 12
（2）若电容Ce开路
Ri Rb1 // Rb 2 //[rbe (1 )( R f Re)] 4.1k
Au R 1.92 Rf Re
' L
则Ri增大，Ri≈4.1kΩ ；|Au|减小。
2 - 4 - 13
2.6 场效应管放大电路
六、场效应管与三极管的比较
场效应管与晶体管在电路中的作用类似，在
数字电路中作为开关元件，在模拟电路中起放大
作用。但是 晶体管是电流控制元件，由iB控制iC；
场效应管是电压控制元件，由uGS控制iD ；
——实现能量的控制。
3 –1– 29
双极型晶体管能量控制方式：iB控制iC。
iC iB
1、静态分析 IG=0
U GQ Rg1 Rg1 Rg2 U DD
U SQ I DQ RS
U GSQ U GQ U SQ
Rg1 VDD I DQ RS Rg1 Rg2
U GS 沟道变窄，
当 U GS 增大到一定 值，耗尽层闭合。 夹断电压
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U GS( off )
2. UGS=0时，UDS对iD的影响 当UDS＝0时，载 流子不会定向移动， iD＝0； UDS>0时,UDS iD ,且电流通过N 区—导电沟道；
iD
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3.当UDS 、UGS同时加上： UDS一定时， |UGS | 使iD减小； UGS一定时,UDS (使 uGD < uGS(off）时)夹断区 增长使iD减小,同时又 使DS两端的纵向电场 增强使 iD增大;两种作 用抵消， iD保持不变。
I CQ I BQ 1.76 mA 26 mV rbe r (1 ) 1.3k I EQ
' bb
2-4-6
习题解答
空载时，静态管压降UCEQ、电压放大倍数、 输入电阻和输出电阻分别为：
U CEQ VCC I CQ RC 6.2V Au
Rc
rbe
动态分析：
26 mV rbe rbb' (1 ) IEQ 2.73k
( Rc ∥ RL ) 7.7 Au rbe (1 ) Rf
Ri Rb1 ∥ Rb2 ∥[rbe (1 ) Rf ] 3.7k
Ro RC 5k
2 - 4 - 11
模拟电子技术基础教程
河北科技大学信息学院基础电子 教研室
2.4电路如图（a）所示，图（b）是晶体管的输出特 性，静态时UBEQ＝0.7V。 利用图解法分别求出RL ＝∞和RL ＝3kΩ 时的静态工 作点和最大不失真输出电压Uom（有效值）。
2-4-2
VBB U BE 解:空载时根据电路的输入回路得到: I BQ 20 A Rb 确定ICQ＝2mA
Rg1 Rg1 Rg2
U DD
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U A U GQ
Rg1 Rg1 Rg2
U DD
U SQ I DQ RS
U GSQ U GQ U SQ Rg1 VDD I DQ RS Rg1 Rg2
I DQ I DO (
U GSQ U GS(th)
场效应管能量控制方式：uGS控制iD。
iD gm uGS
2 - 6 - 30
uGS + -
场效应管与三极管对比
g------- b
d------- c
s------- e
**注意： 对于任何一种场效应管其栅极电流都为零。
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2.6.1 场效应管放大电路的三种接法
晶体管有e、b、c，对应有共e、共b、共c电路； 场效应管有s 、 g 、d，则对应有共s 、共g 、共d 放 大电路。
带载时：根据电路的输入回路得到IBQ＝20µ A， 根据电路的输出回路电压方程uCE= VCC'–iCRL'画出输出 负载线A-C, 确定 ICQ＝2mA，UCEQ＝3V； A
0.6V
C
VCC'
VCC
最大不失真输出电压幅值约为2.4V，有效值约为1.70V。
2-4-5
2.7电路如图所示，晶体管的＝80， rbb′=100Ω。分 别计算RL＝∞和RL＝3kΩ时的Q和Au、Ri 和RO。 解: 在空载和带负载情况下， 电路的静态电流、rbe均相等， 它们分别为： VCC U BEQ U BEQ I BQ 22 μ A Rb RS
U O I d Rd g mU gs Rd Au g m Rd Ui U gs U gs
Ri
RO Rd
共源放大电路与共射放大电路类似， 具有一定的电压放大能力，且输出电压和 输入电压反相，只是共源放大电路的输入 电阻比共射放大电路大得多。
2 - 6 - 45
三、分压式偏置电路
Ri Rb // rbe rbe 1.3k RO RC 5k
2-4-8
2.11电路如图所示,晶体管的＝100, r'bb =100Ω。 （1）求电路的Q点、 Au 、Ri和Ro； （2）若改用＝200的晶体管， 则静态工作点Q如何变化？ （3）若电容Ce开路，则将引 起电路的哪些动态参数发生变 化？如何变化？
Hale Waihona Puke Baidu
A ICQ
●
Q B
IBQ
UCEQ 根据电路的输出回路电压方程画出输出负载线A-B, 确定Q: IBQ＝20µA，ICQ＝2mA, UCEQ＝6V.
2-4-3
空载时最大不失真输出电压幅值约为 6-0.7=5.3V，
A ICQ Q
●
IBQ B
0.7V
UCEQ
有效值约为5.3/ 2 =3.75V。
2-4-4
其中共栅电路很少使用
2 - 6 - 32
2.6.2 场效应管放大电路的静态分析：
分析场管放大电路同样需要进行静态分 析和动态分析。为保证场效应管在电路中工 作在恒流区——起放大作用，必有合适的静 态工作点Q。下面根据具体电路分析：
2 - 6 - 33
一、基本共源放大电路
1、电路： Rg提高Ri。
2 - 6 - 42
通常场效应管物理量的估算：
iD gm uGS
uGS 2 iD I DO ( 1) U GS(th) gm 2 U GS(th) I DO I DQ
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二、基本共源放大电路动态分析 1、画出交流等效电路
G
D
S
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2、计算动态参数：
2 - 6 - 37
二、自给偏压电路/P117~118 (仅适用于耗尽型场效应管）
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三、分压式偏置电路
1）电路Rg1 、Rg2分压来设置 合适的偏压uGS ——又称为分
压式偏置电路 2）静态分析：
ui=0时， IG =0 → Ig3=0, Rg1 、Rg2相当于串联。
U A U GQ
导电沟道的形成 当UGS＝0 且 UDS>0时，iD＝0。 当UGS>0时，但较 小时，iG＝0,形成耗 尽层。 UGS 形成反型 层iD产生产生导 电沟道，此时的 UGS称为开启电 压——UGS(th) 。
3 –1– 24
S
iG
D
iD
耗尽层 反型层
四、场效应管的符号及特性曲线
类型 N沟道 结型 场效 应管 P沟道 结型 场效 应管
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符号
转移特性曲线
输出特性曲线
类型 N沟道 增强型 绝缘栅 型场效 应管
符号
转移特性曲线
输出特性曲线
注意：
U GS th
增强型 绝缘栅 型场效 应管
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UGS(th) N >0 P沟道 UGS(th) P <0
NMOS管为电压 控制器件，当 uGS>UGS(th) N ， MOS 管导通。
Rg1 Rg1 Rg2
VDD I DQ RS
2 - 6 - 41
分析场管放大电路同样需要进行静态分析和动态分析。 一、 场效应管的低频小信号简化等效模型
2.6.3 场效应管放大电路的动态分析
场效应管——输入端用一电压源等效， 输出端用一受控恒流源等效。 其中： Ugs 为栅源极电压，gm 为低频跨导，与场 效应管的构成有关。