场效应管及其放大电路例题解析

第3章 场效应管及其放大电路例题解析

例3．1 试将场效应管栅极和漏极电压对电流的控制机理，与双极型晶体管基极和集电极电压对电流的控制机理作一比较。

场效应管栅极电压是通过改变场效应管导电沟道的几何尺寸来控制电流。漏极电压则改变导电沟道几何尺寸和加速载流子运动。双极型三极管基极电压是通过改变发射结势垒高度来控制电流，集电极电压(在放大区)是通过改变基区宽度，从而改变基区少子密度梯度来控制电流。

例3．2 N 沟道JFET 的转移特性如图3．1所示。试确定其饱和漏电流I DSS 和夹断电压V P 。

解 由图3．1可至知，此JFET 的饱和漏电流I DSS ≈4mA ，夹断电压V P ≈-4V 。 例3．3 N 沟道JFET 的输出特性如图3．2所示。漏源电压的V DS ＝15V ，试确定其饱和漏电流I DSS 和夹断电压V P 。并计算V GS ＝-2V 时的跨导g m 。

解 由图3．2可得：饱和漏电流I DSS ≈4mA ，夹断电压V P ≈-4V ，V GS ＝-2V 时，用作图法求得跨导近似为：ms g m 2.1)

2(14.16.2=----≈ 例３．4 在图3．3所示的放大电路中，已知V DD ＝20V ，R D ＝10k Ω，R S ＝10k Ω，R １＝200k Ω，R 2＝51k Ω，R G ＝1M Ω，并将其输出端接一负载电阻R L ＝10 k Ω。所用的场效应管为N 沟道耗尽型，其参数I DSS ＝0．9mA ，V P ＝—4V ，g m ＝1．5mA ／V 。试求：(1)静态值；

(2)电压放大倍数。

解 (1) 画出其微变等效电路，如图3．4所示。其中考虑到ｒＧＳ很大，可认为ｒＧＳ开路，由电路图可知，

V V V R R R V DD G 42010

)51200(105133

212=⨯⨯+⨯=+= 并可列出

D D S G G S I I R V V 310104⨯-=-=

图3．1 图3．

2

在V P ≤V GS ≤0范围内，耗尽型场效应管的转移特性可近似用下式表示：

2)1(P GS DSS D V V I I -

= 联立上列两式 323109.0)41(10104-⨯⨯+=⨯-=⎩

⎨⎧GS D D GS V I I V 解之得

V V mA

I G S D 15.0-==

并由此得 V V I R R V V D

S D DD DS 10105.010)1010(20)(33=⨯⨯⨯+-=+-=-

(2)电压放大倍数为

5.710

1010105.1'-=+⨯⨯-=-=L m V R g A 式中 L D L R R R //'=

例3．5 已知图3．5(a)所示放大电路中的结型场效应管的V P ＝-3V ，I DSS ＝3mA ，r DS ＞＞R d ，试用微变等效电路法求：

(1)电压放大倍数A V1和A V2

(2)输入电阻R i 和输出电阻R o1及R o2。

解 (1)用估算法计算Q 点。

由图3．5(a)所示电路的直流通路可列方程

V i V i R R i v D D S S D G S )1()]5.05.0([)(21⨯-=+=+-=

mA v V v I i GS P GS DSS D ⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝

⎛-=223131 联立求解得 ⎩⎨⎧=-=mA

i V v D GS 15.115.11 舍去V

v G S 85.72-= 图3．3

图3．4 R 1

R 2 V i V o

v i v o V gs

g m V gs

故 V V R R R i V v s s d D D D D S 05.5)]5.05.012(15.120[)(21=++⨯-=++-= 所以I DQ =i D ＝1．15mA ， V GSQ =v GS1=-1.15V ，V DSQ ＝5．05V

(2)作微变等效电路如图3．5(b)所示，图中g m 由下式求出：

2

1⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=P GS DSS D V v I i 故 mS V mA V v V I dv di g P GS P DSS GS D

m 23.1315.1133212=⎪⎭⎫ ⎝⎛----⨯-=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛--== (3)求A V1，和A V2。

由微变等效电路得：

d gs m o R V g V -=1

12s gs m o R V g V =

1s gs m gs i R V g V V +=

图3．5

故 1.95

.023.111223.1111-≈⨯+⨯-=+-==s gs m gs d gs m i o V R V g V R V g V V A 38.05

.023.115.023.11122≈⨯+⨯-=+==s gs m gs s gs m i o V R V g V R V g V V A (4)求R i 、R o1、R o2。

由微变等效电路得

Ω==M R R g i 1

Ω=≈k R R d o 121

为了求得R o2，作出图3．5(c)所示等效电路，由电路得：

gs m s V g R V I -=1

而 V V gs -=

V g R V I m s +=1

所以 Ω=⎪⎭⎫ ⎝⎛+Ω=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+==k mS k g R I V R m s o 31.023.15.0111112 计算表明，FET 放大电路的输入电阻很大，放大倍数较小。源极输出器的输出电阻比共源电路小得多，但比射极输出器大得多。

例3．6两级放大电路如图3．6所示，T 1管的g m ，T 2管的r be 和β已知。

(1) 画出电路的微变等效电路；

(2) 求：R i ，R o 和A V =V o ／V i

解 (1) 图3．6所示两级放大电路的微变等效电路如图3．7所示。

(2) 求R i ，R o 和A V

Ri = R G

ββ++=++=1//1////1////1s m

b be e o b be e o R g R r R R R r R R

将第二级视作第一级的负载，有：

)]//)(1(//[2L e be b i R R r R R β++=

=+==)//(1)//(2211i s m i s m i o V R R g R R g V V A )]

//)(1(//[//(1)]//)(1(//[//(L e be b s m L e be b s m R R r R R g R R r R R g ββ+++++