第4讲场效应管放大器

固定一个U DS，画出ID和UGS 的关系曲线，称为转移特性 曲线
UGS=5V
3
UGS=4V
2
UGS=3V
1
UGS=2V
0
UGS=1V
开启电压UGS（th）=1V
U DS （V ）
增强型NMOS场效应管转移特 性
N沟道增强型 D
（UGS=0时，
ID =0 ） G
S
ID UGS（th）UGS UGS全正
MOS绝缘栅场效应管（N沟道） （1） 结构
金属铝 S G D
SiO2绝缘层
N
N
P
两个N区
未预留 N沟道增强型
P型基底 N导电沟道
预留 N沟道耗尽型
（2）符号
SG D
N
N
P
D
漏极 D
G
S N沟道增强型
栅极 G
S 源极 N沟道耗尽型
N沟道MOS管的特性曲线
D
ID RD
mA
G S
UGS
UDS V
SG D
G
RG
•
Ui R1
•
U gs S
R2
RS
•
•
I d g m U gs
第11章 基本放大电路
10.4场效应管 11.1.4 场效应管共源极放大电路 补充：场效应管共漏极放大电路
清华大学电机系电工学教研室 唐庆玉 编
海南风光
答疑
1. 线形电阻的伏安特性曲线
I
I
U/I=R
U
R
2. 晶体管BE结微变等效电路
IB
IB
UBE
rbe
Q
U/ I=R
U UBEQ / IBQ =R 非线性
补充： 源极输出器（共漏极放大电路）
+UDD +20V R1=150k
R1
C1
150K G
D C2
R2=50k RG=1M RS=10k
RG1M
S
RL=10k
ui
R2
RS RL
10K 10K
uo gm =3mA/V
50K
UDD=20V
静态工作点:
UG = R1R 2R2 UDD5V
C1
USUG
ID
R2
R1
•
•
Ui Ugs
S
ri
•
ro
Au gmR'L
•
•
U ogmU gs(R D/R /L)
负号表示输出输入反相 = – gm UiRL
电压放大倍数估算
•
AV gmR'L
RL=RD//RL
=-3（10//10）
=-15
R1=150k R2=50k RG=1M RS=10k RD=10k RL=10k
US RS
UG RS
0.5mAu
i
UDS=UDD- US =20-5=15V
R1 150K G RG 1M
R2 50K
+UDD +20V
D
C2 S
R RL uo 1S0K 10K
微变等效电路：
+UDD +20V
R1
C1
150K G
D C2
RG1M
S
ui
R2
50K
RS RL uo
10K 10K
微变等效电路：
UDD=20V
直流通道
设：UGS=0
+UDD+20V
则：VGVS
R1 150K
I RD 10K
D
D
而：IG=0
R2
IG
RG G
S
1M RS
50K
10K
UDS
VGR1R 2R2 UDD5V
ID
VS RS
VG RS
0.5mA
U D U SD I D D (R S R D ) 1V 0
动态分析
+UDD=+20V
G
S
ID
UGS（0off）
夹断电压
UGS有正
UGS 有负
跨导gm= ID /
U=（GS3-2）/（1-0）=1/1=1mA/V
ID（mA） 4
UGS=+2V
3
ID 2
可
变
1
电 阻
区
0
恒流区
UGS
夹断区
UGS=+1V
UGS=0V
UGS=-1V UGS=-2V U DS （V
场效应管的微变等效电路
输入回路：开路
iC
ib
iC
rbe
流控电流源
ib rce
uC
E uCE
在线性放大区，rce很大，可忽略
rce
u ce ic
§10.4 场效应晶体管
场效应管与晶体管不同，它是多子 导电，输入阻抗高，温度稳定性好。
场效应管有两种: 结型场效应管JFET 绝缘栅型场效应管MOS
Fra Baidu bibliotek
N沟道 P沟道
耗尽型
增强型 耗尽型
增强型
gm =3mA/V
UDD=20V
输入电阻、输出电阻
RL GD
RG
R2 R1
ri
S
ri=RG+R1//R2 =1+0.15//0.05
=1.0375M
RD
RL
ro
ro=RD
=10K
R1=150k R2=50k RG=1M RD=10k RS=10k RL=10k gm =3mA/V UDD=20V
场效应管共源极放大电路静态分析
+UDD=+20V
R1 C1
ui R2
150K
RD D
10K
ID C2
G
RG
S
1M 10K 50K
UDS
10K
RL CS RS
R1=150k R2=50k RG=1M uo RD=10k RS=10k RL=10k
无输入信号时（ui=0）， 估算：UDS和 ID。
gm =3mA/V
UBE / IB =rbe 在Q点处近似线 性 UBE
答疑
3.电流源及其特性曲线
I I
IS
U IS
I
I
IS
Ir rU
IS
如何求r？
I1=IS+Ir1 =IS+U1/r
I2=IS+Ir2
U
=IS+U2/r
I= I2 -I1 =（ U2 - U1 ）/r
= U/r
U
r= U/ I
答疑
4. 晶体管CE间的微变等效电路
实验线路(共源极接法)
N
N
P
NMOS场效应管转移特性
N沟道增强型 D
（UGS=0时，
ID =0 ） G
S
N沟道耗尽型
D
（UGS=0时， 有ID）
G
S
ID
UGS（th）UGS UGS全正
开启电压
ID
UGS（0off）
夹断电压
UGS有正
UGS 有负
增强型NMOS场效应管 输出特性曲线
ID（mA） 4
开启电压
耗尽型NMOS场效应管 输出特性曲线
ID（mA） 4
固定一个U DS，画出ID和UGS 的关系曲线，称为转移特性 曲线
UGS=+2V
3
UGS=+1V
2
UGS=0V
1
0 夹断电压UP=-2V
UGS=-1V
UGS=-2V U DS （V
）
耗尽型NMOS场效应管转移特 性
N沟道耗尽型
D
（UGS=0时， 有ID）
输出回路：交流压控恒流源，电流 Id gmUgs
D G
S
+
U gs
-
GD
Id gmUgs
S
11.1.4 场效应管共源极放大电路 11.6.1 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，使场效应管工 作在恒流区
(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。 动态分析： 微变等效电路法。
R1 C1
ui R2
150K
RD D
10K C2
G
RG
S
1M 10K 50K
10K
RL CS RS
微变等效电路
id GD
uo
u gs
g m u gs
u ds
S
GD
Id
RG
Ui
Ugs
gm Ugs RD
RL
Uo
R2
R1
S
动态分析：
G
电压放大倍数
RL D
RG Ui
Id= gm Ugs
Ugs
RD
RL Uo