场效应管放大电路计算
共源极放大电路增益计算
共源极放大电路增益计算共源极放大电路是一种常见的放大电路，它在电子设备中有着广泛的应用。
本文将从增益计算的角度，对共源极放大电路进行详细介绍。
我们需要了解共源极放大电路的基本结构和原理。
共源极放大电路由一个场效应管（通常是N沟道MOSFET）构成，该管的栅极与信号源相连，漏极与负载电阻相连，源极接地。
通过对栅极施加不同的电压信号，可以控制漏极电流的大小，从而实现电压信号的放大。
接下来，我们将重点讨论共源极放大电路的增益计算。
在共源极放大电路中，增益可以分为电压增益和功率增益两种。
首先是电压增益的计算。
电压增益是指输出电压与输入电压之间的比值。
在共源极放大电路中，电压增益可以通过以下公式来计算：电压增益(Av) = -gm * RL其中，gm表示场效应管的跨导，RL表示负载电阻。
跨导是指单位栅极-源极电压变化引起的漏极电流变化的比值。
负载电阻则是指连接在漏极和电源之间的电阻。
通过调节跨导和负载电阻的大小，可以改变电压增益的值。
功率增益是指输出功率与输入功率之间的比值。
功率增益可以通过以下公式来计算：功率增益(Ap) = -gm^2 * RL从公式可以看出，功率增益与电压增益相比，多了一个跨导的平方项。
这是因为功率增益不仅与电压增益有关，还与输入信号的功率有关。
通过调节跨导和负载电阻的大小，可以改变功率增益的值。
需要注意的是，上述公式中的负号表示输出信号与输入信号之间的相位差为180度，即反相。
这是由于共源极放大电路的特性决定的。
在实际应用中，为了获得更高的增益，可以采取一些增益增强技术。
例如，可以使用级联放大电路来实现更高的增益。
级联放大电路将多个共源极放大电路连接在一起，输出信号经过多级放大，从而实现更高的增益。
为了提高共源极放大电路的性能，还可以采取一些补偿措施。
例如，可以增加源极电阻，以提高电路的稳定性和频率响应。
另外，可以采用负反馈的方法，通过将部分输出信号反馈到输入端，来抑制非线性失真和增加电路的线性范围。
(实验六)结型场效应管放大电路
实验六 结型场效应管放大电路一．实验摘要通过对实验箱上结型场效应管的测试，认识N 沟道JFET 场效应管的电压放大特性和开关特性。
给MOS 管放大电路加输入信号为：正弦波，Vpp=200mV-500mV ，f=2Khz 。
测量输入电阻时，输入端的参考电阻Rs=680K 。
二．实验主要仪器三极管，万用表，示波器，信号源及其他电子元件。
三．实验原理场效应管放大器性能分析图6－1为结型场效应管组成的共源级放大电路。
其静态工作点2PGS DSS D )U U (1I I -= 中频电压放大倍数 A V ＝－g m R L ＇＝－g m R D // R L 输入电阻 R i ＝R G ＋R g1 // R g2 输出电阻 R O ≈R D式中跨导g m 可由特性曲线用作图法求得，或用公式 )U U(1U 2I g PGS P DSS m --= 计算。
但要注意，计算时U GS 要用静态工作点处之数值。
输入电阻的测量方法场效应管放大器的静态工作点、电压放大倍数和输出电阻的测量方法，与实验二中晶体管放大器的测量方法相同。
其输入电阻的测量，从原理上讲，也可采SD DD g2g1g1S G GS R I U R R R U U U -+=-=用实验二中所述方法，但由于场效应管的R i 比较大，如直接测输入电压U S 和U i ，则限于测量仪器的输入电阻有限，必然会带来较大的误差。
因此为了减小误差，常利用被测放大器的隔离作用，通过测量输出电压U O 来计算输入电阻。
测量电路如图所示。
输入电阻测量电路在放大器的输入端串入电阻R ，把开关K 掷向位置1（即使R ＝0），测量放大器的输出电压U 01＝A V U S ；保持U S 不变，再把K 掷向2（即接入R ），测量放大器的输出电压U 02。
由于两次测量中A V 和U S 保持不变，故V S iii V 02A U R R R U A U +== 由此可以求出 R U U U R 02O102i -=四．实验步骤1.检测实验所用三极管及示波器是否能够正常使用；2.由于电路图已经搭建好，接通信号源，连接示波器；3.调节电路板上的旋钮，使波形先后处于截止，饱和的状态，测量此时的GS V 、DS V 和3R V ；4.调节电路板上的旋钮，使波形处于既不截止又不饱和的状态，测量输入电阻。
场效应管放大电路
这种偏置电路的特点是： 栅极直流偏压直接由电源UGG经电阻Rg供给，因为3DO1是耗 尽型MOS管，故 UGS = - UGG。由于场效应管输入电阻很大， 所以 Ig = 0 。栅偏压是由固定的外加电源供给的，故称为固 定偏置电路。此电路是共源极放大电路。
⑵ 自给栅偏压偏置电路
这种偏置电路的特点是： 在源极上接一个电阻RS，外加电压UDD产生的ID就会在RS 上产 生压降URS ，由于Ig = 0，所以可以得 ：UGS = - URS = - ID RS 。 这种电路栅 偏压是由漏极电流流过源极电阻产生的，故称为 自给偏压电路。增强型MOS管不采用此种这种方式。
（mA） ID UGS = 0 V
6
击穿区
rN小
可变电阻区
5
4 3 2
UGS = -1V 放 大 区 UGS = -2V UGS = -3V UGS = -4V
4 8 12 16 20 24
rN大
1 0
截止区
BUDSS
UDS（V）
⑶ 截止区 当|UGS|≥|UP|时，导电沟道完全夹断，电阻rn最大， 漏极电流 ID = 0，管子截止。
id
T2 T1 Id0
T3
Q0
ugso
ugs
从图可以看出当 UGS选在零工作 点，则温度变化时，漏极电流 ID 不变。T1，T2，T3为不同的温度 曲线。
4. 场效应管结构对称，应用灵活 ，方便。有时漏极和源极 可以互换使用，但是当衬底与源极相连在一起是不能互换使 用的。
5. 场效应管的制造工艺简单，有利于大规模集成。 6. 由于MOS场效应管输入电阻高达10¹² KΩ，故受外界静电 场感应产生的电荷不容易泄露，会在栅极上产生很高的电场 强度会引起 SiO2绝缘层击穿损坏管子。焊接时，应将电烙铁 外壳可靠接地。 7. 由于场效应管的跨导小，组成放大电路时，在相同负载 电阻的情况下，其电压放大倍数比三极管放大电路低。
场效应管放大电路
场效应管放大电路
一、实验要求
(1)建立场效应管放大电路。
(2)分析场效应管放大电路的性能
二、实验内容
(1)建立结型场效应管共源放大电路。
结型场效应管取理想模式。
用信号发生器产生频率为lkHz、幅值为10mV的正弦信号。
(2)打开仿真开关，用示波器观察场效应管放大电路的输入波形和输出波形。
测量输出波形的幅值，计算电压放大倍数。
(3)建立如图3-3所示的场效应管放大电路的直流通路。
打开仿真开关，利用电压表和电流表测量电路静态参数。
三、实验电路原理图
结型场效应管共源放大电路
场效应管放大电路的直流通路
四、实验结果及分析
1、函数信号发生器
输入信号输出信号波形：
分析：
共源放大电路的电压放大倍数为10。
输出波形的幅值为100mv。
2、场效应管放大电路的直流通路大电路的直流通路
分析：
根据实验数据可得，场效应管的漏源电压为15.076V，栅源电压为0.411V，漏极电流为0。
.05mA。
电压表和电流表测到的栅源电压，漏源电压，漏极电流。
五、实验结论
与双极型晶体管放大电路的共发射极、共集电极和共基极电路相对应，场效应管放大电路也有三种基本组态：共源电路、共漏电路、共栅电路。
其电路结构与分析方法与双极型晶体管放大电路类似。
第四章场效应管放大电路
N沟道MOS管，在VGS＜VT时，不能形成导电 沟道，管子处于截止状态；只有当VGS≥VT时，才有沟 道形成。 VT——开启电压。
这种在VGS=0时没有沟道，只有VGS≥VT时才能 形成感生导电沟道的MOS管称为增强型MOS管。
第四章 场效应管放大电路
→形成由栅极指向P型
衬底的纵向电场
+
→将靠近栅极下方的空 穴向下排斥
-
→形成耗尽层。
第四章 场效应管放大电路
现假设vDS=0V，在s、g间加一电压vGS＞0V 当vGS增大时→耗尽层增宽，并且该大电场会 把衬底的自由电子吸引到
耗尽层与绝缘层之间，形
成一N型薄层，构成漏-源 之间的导电沟道，称为反
N沟道耗尽型 MOS管 与 N沟 道 增 强型MOS管基本相 似。
区别：耗尽型
MOS 管 在 vGS=0 时 ，漏－源极间已有 导电沟道产生；
增强型MOS管要
在vGS≥VT时才出现 导电沟道。
5.1.5
第四章 场效应管放大电路
N沟道耗尽型MOSFET 在栅极下方的SiO2 层中掺入了大量的金 属正离子。所以当 vGS=0 时 ， 这 些 正 离 子 已经感应出反型层， 形成了沟道。
夹断区
VT
2VT
第四章 场效应管放大电路
①截止区: vGS<vT
无导电沟道,iD=0,管子处于截止区.
②可变电阻区: vDS< vGS-vT
iD
K n [2(GS
T
)DS
2 DS
]
Kn
nCox
2
(W L
)
单位：mA V 2
MOS场效应管放大电路
2、共源放大电路的分析
• ⑵交流分析 • 再画出交流等效电路:
29
2、共源放大电路的分析
• 再根据等效电路计算交流性能: • ① 电压放大倍数
•
•
UO gmUgs(RD //RL)
•
•
Au
gmUgs(RD
•
// RL)
•gmRL
Ugs
• 电压放大倍数为负值,说明输出电压与输入电压反相。
30
•
研究动态信号时用全微分表示：
13
场效应管的低频小信号等效模型
• 定义:
• 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：
Id gmUgsr1dsUds
14
场效应管的低频小信号等效模型
• 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。
0.258//1000
1gmRS//RL 10.258//1000
0.67
55
注意事项
(1) 在 使 用 场 效 应 管 时 , 要 注 意 漏 源 电 压 UDS、漏源电流ID、栅源电压UGS及耗散功率等 值不能超过最大允许值。
(2)场效应管从结构上看漏源两极是对称 的，可以互相调用，但有些产品制作时已将衬 底和源极在内部连在一起，这时漏源两极不能 对换用。
RS
//1 gm
38
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:
39
4、共栅放大电路的分析
• ⑵交流性能分析 • 先画出交流通路:
40
4、共栅放大电路的分析
• ⑵交流性能分析 • 再画出交流等效电路:
实验四场效应管放大电路
实验四场效应管放大电路1．实验目的（1）研究场效应晶体管放大电路的特点。
（2）比较场效应管放大电路与双极型晶体管放大电路的不同。
（3）掌握场效应管放大电路性能指标的测试方法。
2．实验涉及的理论知识和实验知识本实验涉及了场效应管的原理与应用。
3．实验仪器直流稳压电源、万用表、信号发生器和示波器4．实验电路如图4.1.1所示为实验参考电路，它由一级场效应管和一级三极管放大电路组成。
图4.1.1场效应管放大电路5．实验原理场效应管是一种电压控制型的半导体器件。
按其结构和工作原理不同，可分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管。
它不仅像双极型晶体管一样具有体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点。
而且与双极型晶体管相比，它的输入阻抗很高，可达109～1012Ω，热稳定性好，抗辐射能力强。
它的最大优点是占用硅片面积小，制作工艺简单，成本低，很容易在硅片上大规模集成。
因此在大规模集成电路中占有极其重要的地位。
与三极管放大电路一样，为了使电路正常放大，必须设置合适的静态工作点，以保证在信号整个周期内，场效应管均工作在恒流区。
（1）结型场效应管的特性和参数图4.1.2为N沟道结型场效应管的输出特性曲线和转移特性曲线。
在转移特性曲线中，当U GS=0时的漏极电流称为饱和漏极电流I DSS。
当U GS变化到使I D≈0时，相应的U GS称为夹断电压U P。
转移特性曲线的斜率称为跨导g m，显然g m的值与场效应管的工作点有关。
输出特性曲线分为四个区。
它们分别是可变电阻区、恒流区、夹断区和击穿区。
/V图4.1.2 N 沟道结型场效应管的输出特性和转移特性曲线1）可变电阻区图4.1.2中的予夹断轨迹是各条曲线上，使U DS =U GS -U P ，即U GD =U P 的点连接而成的。
U GS 越大，予夹断时的U DS 值也越大。
予夹断轨道的左边区域称为可变电阻区，该区域中的曲线近似为不同斜率的直线。
当U GS 确定时，直线的斜率也唯一地被确定，该斜率的倒数即为漏源间的等效电阻。
场效应管共栅放大电路
当rds>>R'D时， AU≈ gmR'D
rds>>R‘D，gmrds>>1
输入电阻
ri
Ui Id
1 R D /rds g m 1/ rds
≈1/gm，
r'i≈Rs//1/gm
66/73
3.共栅放大电路（续） 电压增益 AU≈ gmR'D
输入电阻 输出电阻
ri≈1/gm r'i≈Rs//1/gm
63/73 共栅放大电路特点： 电压增益高， 输入电阻很低， 输出电阻高， 输出电压与输入电压同相。
思考题：若不忽略rds，如何 分析共栅放大电路特性？
gmUgs
S
D
rds
G
64/73
思考题：若不忽略rds，如何分析共栅放大电路特
性？
SD
gmUgs Id
S
D
G
rds
r'i ri G
电压增益
Id=gmUgs+Uds/rds Uds=Uo-Ui Uo= -IdR'D Ugs= -Ui
62/37.3共栅放大电路
说明：为简化分析忽略rds
电压增益
AU
Uo Ui
= - g mU gs RD U gs
g m RD
输入电阻
ri
Ui Ii
U gs g mU gs
1
gm
ri Rs // g 1 m
输出电阻 r'o=RD
SD
G
r'o
gmUgs
S
D
rds
G
gmUgs
S
D
Ii
r'i ri G ro
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RG
•
Ui R1
g
d
•
U gs
s
R2
RS
•
Id
•
g m U gs
•
RL
Uo
ri
•
•
•
Au
Uo
•
Ui
gm
•
Ugs
Ugs RL
•
gm Ugs RL
1
g m RL gm RL
1
ri R G R1 // R 2
(2-8)
求ro
加压求流法。
g
d
•
RG
U gs
s
R1
R2
RS
•
g m U gs
•
I0
•
Uo
•
ri •
•
•
r0
U
•
o
I0
U0 IR Id
U0 R
U0 gmU gs
U0 R
U0 gmU0
1
1 R
ห้องสมุดไป่ตู้
gm
其中U gs＝U0
(2-9)
(2-5)
gd
RG
R2 R1
s
ri R G R1 // R 2 1.0375M
RL
RD
RL
ro=RD=10K
(2-6)
2.6.4 源极输出器（共漏极放大电路）：
+UDD
C1
R
1
150K G
D C2
RG
S
ui R2
1M 50K
10K 10K RS RL
uo
(2-7)
微变等效电路：
+UDD+20V
R1 150K
RD D
10K C2
C1
G
ui R2
RG 1M
S 10K
10K
RL CS RS
uo
50K
(2-4)
2.6.4 动态分析：
Id
RL
gd
RG Ugs
Ui R2
R1
RD gm Ugs
RL Uo
ri
•
•
Ui Ugs
s
•
Au gm R'L
ro
•
•
Uo gm Ugs (R D // RL )
2.6.2 场效应管的微变等效电路
D
G
uGS
uGS
iD
输入端看成一个电压
输入电阻非常大，输入电
u DS
流为0，输出端看成一个 受输入电压控制的电流源
S
id gm uGS
gm
i D u G S
(2-2)
d
g
u gs
id
u ds
s
G
D
u gs
g mu gs
u ds
S
(2-3)
2.6.3 分压式偏置电路动态分析：(N沟道MOS管）
§ 4.6 场效应管放大电路 4.6.1 电路的组成原则及分析方法 组成原则 (1).静态：适当的静态工作点，使FET工作在恒流
区，场效应管的偏置电路相对简单。 (2).动态: 能为交流信号提供通路。（场效应管 只要求动态分析计算）
分析方法 静态分析： 估算法、图解法。
动态分析： 微变等效电路法。
(2-1)