模电第三章2(cc--cb)

FET放大电路组成原则及分析方法
组成原则：
(1) 静态：适当的静态工作点，使场效应管工作 在恒流区，FET的偏置电路相对简单。 (2) 动态：能为交流信号提供通路。
分析方法：
静态分析： 估算法、图解法。
小信号等效电路法。 动态分析：
3.10.1 FET的直流偏置电路及静态分析
1. 直流偏置电路
（1）自偏压电路
3.9.2
1. 电路组成 2. 静态工作点 直流通路与射极 偏置电路相同
Rb2 UB U CC Rb1 Rb2 U U BE IC IE B Re
共基极电路
UCE UCC IC Rc I E Re UCC IC (Rc Re )
IB IC

3. 动态指标
R Rs // R B s
ro=Re//
rbe 1+


rbe

Ib


Rs
RB
Ib
I


当RS=0时
Re

Ie

U
U U U I Ib Ib Ie rbe R rbe R R E s s
rbe R s 1 R E // ro 1 1 1 I rbe R RE s
1. 共源放大电路
+UDD R RG1 D D C2 + C1 G S + RG3 RL + ui RS CS RG2

+ uo

ii + RG3 ui
RG2
G
D
id gmugs + uo

+ ugs

RG1
S
RD
RL
RS
中频电压增益
忽略 rD 由输入输出回路得
Ui U gs gmUgs R Ugs (1 gm R)
Ugs UT
所以
UT 1 1 Ro R // 1 gm IT gm
R
3. 共栅放大器
UCC RG1 RD + RS + Ui RL UO S + D + UO
rds
Ui
RD
RL
-
RG2
RS
U gs Ui
UO ' Au gm RL Ui
UO gmU gs R
3. 动态指标
② 输入电阻
Ui Ri reb Ie I b rbe rbe 1 (1 ) I b
RS ＋ US － － ＋ . Ui
e ． Ib Re rbe . Ib b ri ri ′
. Ic c . Io ＋ . Rc U o RL
3.9
共集电极和共基极放大器
+UCC Rb
3.9.1 共集电极放大器
1.电路结构：
C1
ui Re
C2 RL u0
共集放大电路从交流通路上看，集电极C为电路的公共 端，故称共集电路；信号由基极射入由射极输出，故又 称射极输出器。
2.直流通道及静态工作点分析：
+VCC
Rb IB
UBE
UCE VCC=IBRb+ UBE +IERe =IBRb+ UBE +(1+ ）IBRe

U
射极输出器的特点：电压放大倍数=1，
输入阻抗高，输出阻抗小。
100 k RB1 C1
+UCC
ii + ui

ib rbe RE
ic
RS
RB3
+
= 50
C2
RB3 RB
ib
+ uo

C3
+ + 100 k + RB2 RE us
– 100 k
10 k –
+ uo
1、无 C3、RB3：Ri = (RB1 // RB2) // [rbe + (1 + ) RE] Ri = 50 // 510 = 45 (k) R 2、无 C3 有 RB3 ： i = (RB3 + RB1 // RB2) // [rbe + (1+ )RE] 3、接 C3 ： Ri = rbe+ (1 + ) (RB// RE) = (1 + ) (RB // RE ) Ri = 51 50 // 10 = 425 (k) Ri = (100 + 50) // 510 = 115 (k) RB3 // rbe rbe
U DD I D R
（2）分压式偏置电路
Rg1 Rg1 Rg2
U GQ U AQ U SQ I DQ Rs
U DD
I D I DO ( 1)2 U GS(th)
U GSQ
3.10.2 FET放大电路的小信号模型分析法
1. FET小信号模型
（1）低频模型
iD D
G
uDS ugs
' L
1 Ri RS // gm
RO RD
例 1 耗尽型 N 沟道 MOS 管，RG = 1 M， RS = 2 k，RD= 12 k ，VDD = 20 V。 IDSS = 4 mA，UGS(off) = – 4 V，求 iD 和 uO 。
RD iD
G D
+
O
Su
+ VDD
–
iD I DSS (1
( Rc // RL )
rbe
Re // rbe 1
输入电阻
输出电阻
Rb // rbe
Rc
Rb //rbe (1 )( Re // RL )
Re // ( Rs // Rb ) rbe 1
Rc
3.10 FET的直流偏置电路及静态分析 各种场效应管所加偏压极性小结
IRB

rbe
Ib
Ui Ib
Ui
RB
Re RL
Uo
= rbe+(1+ )RL
Ri= Ui Ii =Rb//[rbe+(1+ )RL]
Ri
Ri
结论：输出电阻很大，
3）输出电阻

Ii



保留
Ib
Ic

Us

rbe
RB
Ib
Ui
置0
Rs
RE
ro
用加压求流法求输出电阻。 结论：输出电阻很小
（加压求流法） 输出电阻
uGS U GS(off)
)2
RG R S
–
iD 2 2 iD 4(1 ) 4
uGS = iDRS

iG = 0
iD 5iD 4 0
2
iD1= 4 mA iD2= 1 mA
uGS = – 8 V < UGS(off) 增根
uGS = – 2 V
uDS = VDD – iD(RS + RD) = 20 – 14 = 6 (V) 在放大区 uO = VDD – iD RD = 20 – 14 = 8 (V)
e RS ＋ US － － b ri ri ′ ro′ ro ＋ . Ui Re rbe . Ib ． Ib . Ic c . Io ＋ . Rc U o RL
－
①电压增益
输入回路：
输出回路：
(c)
Ui I b rbe
Uo Ic RL I b RL RL Rc // RL U o I b RL RL 电压增益： A V Ui I b rbe rbe

Uo A = u Ui
（1 ）R L L L rbe (1 )R I b r (1 ) I b R
be L
(1 ) I b R

讨论
（1 ）R L Au rbe (1 )R L
1、 rbe (1 )R , 所以 Au 1， L
VCC U BE IB Rb (1 ) Re
IC= IB
Re
IE
U CE VCC I E RE
3.动态分析
交流通道及微变等效电路
+EC
RB C1 C2
RE RL uo
ui
交流通道及微变等效电路 C
B E
ui

Rb

Re
Ib

RL
Ic
uo
Ii
BC

RB
rHale Waihona Puke Baidue
E Re
Ib
N沟道(u GS＜0) 结型 P沟道(u GS＞0) N沟道(u GS＞0) 场效应管 增强型 P沟道(u GS＜0) 绝缘栅型 N沟道(u GS极性任意) 耗尽型 P沟道(u 极性任意) GS
3.10 FET的直流偏置电路及静态分析

Ui
RL

Uo
1)电压放大倍数


Ii
Ib

Ic


RL Re // RL
U o I e R L



RB
rbe
Ib
Ui
Ie
RE
1 ） b R L （ I


RLL R
Uo
U i I b rbe I e R L I b rbe (1 ) I b R L
vGS vGS
uGS = - iDR
（2）分压式偏压电路
+UDD RG1 RD C 2 D + S RL + RS CS RG1
+UDD RD D S RS +
C1
G
C1
+ ui

+ uo

G
RG2
+
RG2
一,图解法
uGS iD RS
iD 1 £R -
uGS
RG 2 U DD iD RS RG1 RG 2
iD
S
1 £R Q2 0 uGS
¡ Q2 å ¡ Q1 ä ¡ Q3 ä ¡ Q2 ä 0 (b) Q3 RG2 u UDD GS RG1£RG2 «
S
Q1
二.解析法
UGS 2 UGS )2 iiD I DSS (1 ) D I DSS (1 UGSoff
(a)
联立解求出漏极电流
uGS iD RS GS D S
D
gmugs rDS uds
G uGS
S
G
ugs
D
gmugs uds
S
很大， 可忽略。
S
1） 低频跨导gm：低频跨导反映了vGS对iD的 控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单 位是mS(毫西门子)。
iD gm uGS
2）漏极内阻rds：
UQ
uDS rds iD
UQ
2. 动态指标分析
U o gmVgs Rd
gm Rd 则 AUm
（3）输入电阻
1 gm R
Ui Ri Ig
Ri Ri // [ Rg3 ( Rg1 // Rg2 )]
则 Ri Rg3 ( Rg1 // Rg2 )
（4）输出电阻
Ro Rd
2. 动态指标分析
2. 静态工作点
Q点：UGS 、 ID 、 UDS
已知UP ，由 uGS = - iDR
UDS = UDD - ID (Rd + R )
uGS 2 iD I DSS (1 ) UP
可解出Q点的UGS 、 ID 、 UDS
（2）分压式偏置电路
UGS U G US
Rg2 Rg1 Rg2
－
′ ro
ro
rbe rbe Ui ' Ri Re / / R i Re / / Ii 1 1
(c)
③ 输出电阻
Ro Rc
4. 三种组态的比较
电压增益

( Rc // RL )
rbe
(1 ) ( Re // RL ) rbe (1 )( Re // RL )
输出电压与输入电压近似相等，电 压未被放大，但是电流放大了，即 输出功率被放大了。
2、输入输出同相，输出电压跟随输入电压， 故称电压跟随器。
2）输入电阻


Ii
Ib
Ic

U i I b rbe I e R L I b rbe (1 ) I b R L
Ri=






2. 共漏放大电路
C1
RG1 D +UDD
ii + RG3 ui
RG2
G
S
+ ui

G S C2 RG3 + RG2 RS RL
+ ugs

io gmugs
RS RL
+ uo

RG1
+ uo

D
Ro
gm ugs( RS // RL ) uo gm RL Au 1 ui ugs gm ugs( RS // RL ) 1 gm RL
Ri RG3 RG1 // RG2 uo uo uo uo 1 Ro RS // uo uo io uo g u gm gm uds gm uo m gs RS RS RS
输出电阻
UT gmUgs I T I R gmU gs R
1. 共源放大电路
+UDD RD C2 RG1 D + C1 G S + RG3 RL + ui RS CS RG2

ii + RG3 ui
RG2
G
D
id
+ ugs

gmugs
S RD RL
+ uo

RG1
+ uo

RS
uo gm ugs( RD // RL ) gm RL 有 CS 时：Au ui ugs Ri RG3 RG1 // RG2 Ro RD Ri、Ro gm ugs( RS // RL ) gm RL 不变 无 CS 时： Au 1 g m RS ugs g m ugsRS