MOS场效应管放大电路.ppt
5.3 场效应管放大电路,场效应管的源极、栅极和漏极分别对应于晶体管的射极、基极和集电极。与晶体管的共射、共基和共集三种组态相对应，场效应管也有共源、共栅和共漏三种组态。,5.3 场效应管放大电路,一、场效应管的偏置电路二、场效应管静态工作点的确定三、场效应管的动态分析四、场效应管三种组态放大性能的比较五、应用举例,一、场效应管的偏置电路,与晶体管放大器类似，静态工作点的设置对放大器的性能至关重要。在场效应管放大器中，由于结型场效应管与耗尽型MOS场效应管的uGS=0时，iD0，故可以采用自偏压方式，如图所示：,一、场效应管的偏置电路,在静态时，场效应管栅极电流为零，因此栅极电压为零；而漏极电流不为零，必然在源极电阻上产生压降，使栅源电压为负，获得合适的工作点。,一、场效应管的偏置电路,对于增强型MOSFET，由于uGS=0时，iD=0，故一定要采用分压式偏置或混合式偏置方式，如图所示：,一、场效应管的偏置电路,二、场效应管静态工作点的确定,1、图解法 在场效应管的转移特性曲线上做出栅源回路直流负载线的方程，其交点即为工作点。,二、场效应管静态工作点的确定,对于（a)图，Q1为JFET的工作点，Q2为耗尽型MOSFET的工作点；对于（b)图，Q1为JFET的工作点，Q2为耗尽型MOSFET的工作点，Q3增强型MOSFET的工作点。,二、场效应管静态工作点的确定,2、解析法 耗尽型场效应管的电流方程为：把它在静态时的表达式与栅源间静态电压的表达式联立即可求出IDQ和UDSQ：,二、场效应管静态工作点的确定,增强型场效应管的电流方程为：把它在静态时的表达式与栅源间静态电压的表达式联立即可求出IDQ和UDSQ：,二、场效应管静态工作点的确定,把下式代入上式，解关于iD的二次方程，有两个根，舍去不合理的一个根，留下合理的一个根便是IDQ。而,三、场效应管的动态分析,1、场效应管的小信号等效模型2、共源放大电路的分析3、共漏放大电路的分析4、共栅放大电路的分析,场效应管的低频小信号等效模型,与晶体管模型的导出相类似，iD是uGS 和uDS的函数：iD=f(uGS，uDS）研究动态信号时用全微分表示：,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：,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。,场效应管的低频小信号等效模型,可以从场效应管的转移特性和输出特性曲线上求出gm与rds：由转移特性曲线可知，gm是uDS=UDSQ那条曲线上Q点处的导数。由于gm是输出回路电流与输入回路电压之比，所以称为跨导。,场效应管的低频小信号等效模型,由输出特性曲线可知，rds是uGS=UGSQ这条曲线上Q点处斜率的倒数，描述曲线上翘的程度。,场效应管的低频小信号等效模型,由于rds的值很大，可以忽略，得到简化的等效模型：,场效应管的低频小信号等效模型,对增强型MOS管，可用电流方程求出gm的表达式：,场效应管的低频小信号等效模型,增强型MOS管在小信号作用时，可用IDQ代替iD，得出：,场效应管的低频小信号等效模型,对耗尽型MOS管，同样可用电流方程作类似的推导求出gm的表达式，电流方程和推导如下：,场效应管的低频小信号等效模型,耗尽型MOS管在小信号作用时，可用IDQ代替iD，得出：,场效应管的高频等效模型,场效应管各极之间同样也存在电容，因而其高频响应与晶体管类似。根据结构可得高频模型如下：,场效应管的高频等效模型,大多数场效应管的参数如下表：,场效应管的高频等效模型,从表中可以看出，rgs和rds数值很大，可以忽略；跨接在gd之间的电容Cgd可以用与晶体管分析相同的方法折合到输入和输出回路：,场效应管的高频等效模型,由于输出回路的时间常数比输入回路小得多，可忽略 的影响，综上所述，可得简化模型:,电路结构,2、共源放大电路的分析,2、共源放大电路的分析,交流分析 先画出交流通路：,2、共源放大电路的分析,交流分析 再画出交流等效电路：,再根据等效电路计算交流性能：电压放大倍数 电压放大倍数为负值，说明输出电压与输入电压反相。,2、共源放大电路的分析,2、共源放大电路的分析,如果有信号源内阻RS时：输入电阻 Ri=Rg1Rg2 输出电阻 RO=RD,3、共漏放大电路的分析,电路结构 一个共漏放大器的电路图如下：,3、共漏放大电路的分析,交流分析 先画出交流通路：,3、共漏放大电路的分析,交流分析 再画出交流等效电路：,3、共漏放大电路的分析,再根据等效电路计算交流性能：电压放大倍数：,3、共漏放大电路的分析,电压放大倍数为正值，表示输出电压与输入电压同相。,3、共漏放大电路的分析,输入电阻：,3、共漏放大电路的分析,输出电阻：,Us置零后，电路输入部分无电流流过，所以g点电压与d点相同,4、共栅放大电路的分析,电路结构 一个共栅放大器的电路图如下：,4、共栅放大电路的分析,交流性能分析 先画出交流通路：,4、共栅放大电路的分析,交流性能分析 再画出交流等效电路：,再根据等效电路计算交流性能：,4、共栅放大电路的分析,四、场效应管三种组态放大性能的比较,五、应用举例,例1、电路如图。已知UGS(off)=-4V，IDSS=1mA，VDD=16V，RG1=160K，RG4=40K，RG=1M，RD=10K，RS=8K，RL=1M，试计算：1、静态工作点Q；2、输入电阻Ri和输出电阻RO；3、电压放大倍数。,五、应用举例,解：1、计算静态工作点Q,五、应用举例,五、应用举例,五、应用举例,2、计算输入电阻Ri和输出电阻RO,五、应用举例,3、计算电压放大倍数。,五、应用举例,例2、电路如图。已知场效应管的UGS(off)=-4V，IDSS=2mA，VDD=15V，RG=1M，RL=1M，RS=8K，试计算：1、静态工作点Q；2、输入电阻Ri和输出电阻RO；3、电压放大倍数。,五、应用举例,解：1、计算静态工作点Q,五、应用举例,五、应用举例,五、应用举例,2、计算输入电阻Ri和输出电阻RO,五、应用举例,3、计算电压放大倍数。,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。(3)结型场效应管的栅源电压UGS不能加正向电压，因为它工作在反偏状态。通常各极在开路状态下保存。,(4)绝缘栅型场效应管的栅源两极绝不允许悬空，因为栅源两极如果有感应电荷，就很难泄放，电荷积累会使电压升高，而使栅极绝缘层击穿，造成管子损坏。因此要在栅源间绝对保持直流通路，保存时务必用金属导线将三个电极短接起来。在焊接时，烙铁外壳必须接电源地端，并在烙铁断开电源后再焊接栅极，以避免交流感应将栅极击穿，并按S、D、G极的顺序焊好之后，再去掉各极的金属短接线。(5）注意各极电压的极性不能接错。,
