场效应晶体管放大电路
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模拟电子技术
吴晓燕
项目描述
助听器是针对耳聋患者或上了年纪的老人设计的 一种提高声音强度的装置，它可以帮助听力障碍患者
充分利用残余听力，进而补偿听力损失。助听器主要
由三个部分组成：传声器、放大器和耳机。
任务2-7 场效应管放大电路的设计
任务引入
• 简易助听器能对输入信号进行放大，用三极管可以 构成基本放大电路，场效应管能代替电路中的三极 管吗？它是怎样工作的？
1 gm
1 Ro RS // gm
特别强调
场效应晶体管的放大能力比晶体管差，共源放大电 路的电压放大倍数的数值只有几到十几，而共射放大电 路电压放大倍数的数值可达百倍以上。另外，由于场效 应晶体管栅源之间的等效电容只有几皮法到几十皮法， 而栅源电阻又很大，若有感应电荷则不易释放，从而形 成高电压，以至于将栅源间的绝缘层击穿，造成管子永 久性损坏。因此，使用时应注意保护。目前很多场效应 晶体管在制作时已在栅源之间并联了一个二极管以限制 栅-源电压的幅值，防止击穿。
Uo Au g m RL Ui
Ro RD
Ri RG R1 // R2
例2-4 已知UGS（th）=2V, IDO=1.9mA,gm=1.38ms求： （1）估算静态工作点Q。 （2）求Au、Ri、Ro。 解：（1）静态工作点：
RG2 U VDD I DQ RS GSQ RG1 RG2 200 ( 15) 2.5k I DQ 300 200 6 2.5k I DQ V I I ( U GSQ 1) 2 1.9 (U GSQ - 1)2 mA D0 DQ U GS (th) 2V
漏极负载电阻 RD 的作用：
把 iD 的变化变为 uDS 的变化
相当于晶体管放大电路中的RC 。
栅极电阻 RG 的作用：
提供负的栅极偏置电压。
源极电阻 RS 的作用：
提供负栅偏压。
（2）电路分析
1）静态分析
U GQ 0V
U SQ I DQ RS
U GSQ U GQ U SQ 0 I DQ RS I DQ RS
I DQ U GSQ I DSS 1 U GS(off)
2
由方程组求得：
U DSQ VDD I DQ RD RS
自给偏压电路仅适用于耗尽型场效应晶体管
I DQ
、U GSQ
2）场效应晶体管的微变等效电路ห้องสมุดไป่ตู้
从输入端口看入，相当于电阻 rgs()。
从输出端口看入为受ugs 控制的电流源。
解联立方程得：
U GSQ 3.5V
I DQ 1mA
UDSQ VDD IDQ (RD RS ) 15 1 (5 2.5) 7.5V
（2）交流参数
RD // RL 5 // 5 2.5k RL
1.38 2.5 3.45 Au gm RL
Ri
Ro Ro
gmugs ( RS // RL ) uo gm RS Au 1 ui ugs gmugs ( RS // RL ) 1 gm RS
Ri RG R1 // R2
U o Ro Io
U i 0 RL
U gs g mU gs
3）动态分析
Uo Au Ui
' g mU gs RD
U gs
' D
' g m RD
R RD // RL
Ri RG
R o RD
2.分压式共源极放大电路
（1）电路组成
1）静态分析
U SQ I DQ RS
U GSQ
I DQ
2
R1 U GQ VDD R1 R2
（1）静态分析 +VDD R2
D S G
R2 U GSQ R R VDD I DQ RS 1 2 U GSQ 2 I DQ I DO ( 1) U GS (th)
RG R1
RS
U DSQ VDD I DQ RS
解上述方程便可求出静态工作点。
（2）动态分析
共源、共漏、共栅
2.7.1 共源极放大电路
场效应晶体管放大电路的分析方法与晶体管放大电路相同。 常用的共源极放大电路有两种： 自给偏压式共源放大电路、分压式共源放大电路。 1. 自给偏压式共源放大电路
（1）电路组成
+VDD ID D C1 + . Ui － G S RG RS CS － T + . Uo RL RD C2
R1 VDD I DQ RS R1 R2
U GSQ I DO 1 U GS (th)
U DSQ VDD I DQ RD RS
由方程组求得：
I DQ
、U GSQ
2）动态分析
U gs U i
g mUi RL U o I D ( RD // RL ) g mU gs RL
Ri RG RG1 // RG2 10 0.2 // 0.3 10.12MΩ
Ro RD 5kΩ
2.7.2 共漏极放大电路
C1
R1
D
+VDD S C2 + RS
+ ui
G RG
R2
RL
+ uo
共漏放大电路（源极跟 随器）特点： 输入阻抗高、输出电阻 低，放大倍数小于并且 接近l。
知识目标
• 理解共源极放大电路的结构与工作原理； • 熟悉共漏极放大电路的结构与工作原理； • 了解共栅极放大电路的特点。
能力目标
• 会画场效应管放大电路。 • 能画场效应管放大电路的交直流通路并 分析计算静态工作点、交流参数。 • 会测量共源极放大电路、共漏极放大电 路的电压、电流波形。
素质目标
2.7.2 共漏极放大电路
• 晶体管放大电路不能放大十分微弱且内阻又较大的信号， 这是因为晶体管本身的输入电阻很小。 • 场效应晶体管的输入电阻极高（最高可以1015Ω），几乎 不吸取信号源电流，而且也具有放大作用。所以，场效应 晶体管组成放大电路能很好的解决上述问题。 场效应晶体管特点： 输入电阻极高， 功耗低，温度稳定性好、噪声低、 抗辐射能力强、制造工艺简单、便于集成。 场效应晶体管放大电路三种组态：
• 培养学生应用理论知识分析和解决实际问题的能 力； • 具有良好的团队意识和处理人际关系的能力； • 具有良好的沟通和交流能力； • 具有良好的资料整理能力。
相关知识
1）场效应管的结构、类型与特点
2）场效应管的输入输出特性。
3）场效应管与晶体三极管的区别。
2.7 场效应晶体管放大电路
2.7.1 共源极放大电路
吴晓燕
项目描述
助听器是针对耳聋患者或上了年纪的老人设计的 一种提高声音强度的装置，它可以帮助听力障碍患者
充分利用残余听力，进而补偿听力损失。助听器主要
由三个部分组成：传声器、放大器和耳机。
任务2-7 场效应管放大电路的设计
任务引入
• 简易助听器能对输入信号进行放大，用三极管可以 构成基本放大电路，场效应管能代替电路中的三极 管吗？它是怎样工作的？
1 gm
1 Ro RS // gm
特别强调
场效应晶体管的放大能力比晶体管差，共源放大电 路的电压放大倍数的数值只有几到十几，而共射放大电 路电压放大倍数的数值可达百倍以上。另外，由于场效 应晶体管栅源之间的等效电容只有几皮法到几十皮法， 而栅源电阻又很大，若有感应电荷则不易释放，从而形 成高电压，以至于将栅源间的绝缘层击穿，造成管子永 久性损坏。因此，使用时应注意保护。目前很多场效应 晶体管在制作时已在栅源之间并联了一个二极管以限制 栅-源电压的幅值，防止击穿。
Uo Au g m RL Ui
Ro RD
Ri RG R1 // R2
例2-4 已知UGS（th）=2V, IDO=1.9mA,gm=1.38ms求： （1）估算静态工作点Q。 （2）求Au、Ri、Ro。 解：（1）静态工作点：
RG2 U VDD I DQ RS GSQ RG1 RG2 200 ( 15) 2.5k I DQ 300 200 6 2.5k I DQ V I I ( U GSQ 1) 2 1.9 (U GSQ - 1)2 mA D0 DQ U GS (th) 2V
漏极负载电阻 RD 的作用：
把 iD 的变化变为 uDS 的变化
相当于晶体管放大电路中的RC 。
栅极电阻 RG 的作用：
提供负的栅极偏置电压。
源极电阻 RS 的作用：
提供负栅偏压。
（2）电路分析
1）静态分析
U GQ 0V
U SQ I DQ RS
U GSQ U GQ U SQ 0 I DQ RS I DQ RS
I DQ U GSQ I DSS 1 U GS(off)
2
由方程组求得：
U DSQ VDD I DQ RD RS
自给偏压电路仅适用于耗尽型场效应晶体管
I DQ
、U GSQ
2）场效应晶体管的微变等效电路ห้องสมุดไป่ตู้
从输入端口看入，相当于电阻 rgs()。
从输出端口看入为受ugs 控制的电流源。
解联立方程得：
U GSQ 3.5V
I DQ 1mA
UDSQ VDD IDQ (RD RS ) 15 1 (5 2.5) 7.5V
（2）交流参数
RD // RL 5 // 5 2.5k RL
1.38 2.5 3.45 Au gm RL
Ri
Ro Ro
gmugs ( RS // RL ) uo gm RS Au 1 ui ugs gmugs ( RS // RL ) 1 gm RS
Ri RG R1 // R2
U o Ro Io
U i 0 RL
U gs g mU gs
3）动态分析
Uo Au Ui
' g mU gs RD
U gs
' D
' g m RD
R RD // RL
Ri RG
R o RD
2.分压式共源极放大电路
（1）电路组成
1）静态分析
U SQ I DQ RS
U GSQ
I DQ
2
R1 U GQ VDD R1 R2
（1）静态分析 +VDD R2
D S G
R2 U GSQ R R VDD I DQ RS 1 2 U GSQ 2 I DQ I DO ( 1) U GS (th)
RG R1
RS
U DSQ VDD I DQ RS
解上述方程便可求出静态工作点。
（2）动态分析
共源、共漏、共栅
2.7.1 共源极放大电路
场效应晶体管放大电路的分析方法与晶体管放大电路相同。 常用的共源极放大电路有两种： 自给偏压式共源放大电路、分压式共源放大电路。 1. 自给偏压式共源放大电路
（1）电路组成
+VDD ID D C1 + . Ui － G S RG RS CS － T + . Uo RL RD C2
R1 VDD I DQ RS R1 R2
U GSQ I DO 1 U GS (th)
U DSQ VDD I DQ RD RS
由方程组求得：
I DQ
、U GSQ
2）动态分析
U gs U i
g mUi RL U o I D ( RD // RL ) g mU gs RL
Ri RG RG1 // RG2 10 0.2 // 0.3 10.12MΩ
Ro RD 5kΩ
2.7.2 共漏极放大电路
C1
R1
D
+VDD S C2 + RS
+ ui
G RG
R2
RL
+ uo
共漏放大电路（源极跟 随器）特点： 输入阻抗高、输出电阻 低，放大倍数小于并且 接近l。
知识目标
• 理解共源极放大电路的结构与工作原理； • 熟悉共漏极放大电路的结构与工作原理； • 了解共栅极放大电路的特点。
能力目标
• 会画场效应管放大电路。 • 能画场效应管放大电路的交直流通路并 分析计算静态工作点、交流参数。 • 会测量共源极放大电路、共漏极放大电 路的电压、电流波形。
素质目标
2.7.2 共漏极放大电路
• 晶体管放大电路不能放大十分微弱且内阻又较大的信号， 这是因为晶体管本身的输入电阻很小。 • 场效应晶体管的输入电阻极高（最高可以1015Ω），几乎 不吸取信号源电流，而且也具有放大作用。所以，场效应 晶体管组成放大电路能很好的解决上述问题。 场效应晶体管特点： 输入电阻极高， 功耗低，温度稳定性好、噪声低、 抗辐射能力强、制造工艺简单、便于集成。 场效应晶体管放大电路三种组态：
• 培养学生应用理论知识分析和解决实际问题的能 力； • 具有良好的团队意识和处理人际关系的能力； • 具有良好的沟通和交流能力； • 具有良好的资料整理能力。
相关知识
1）场效应管的结构、类型与特点
2）场效应管的输入输出特性。
3）场效应管与晶体三极管的区别。
2.7 场效应晶体管放大电路
2.7.1 共源极放大电路