场效应管放大电路(16)课件

场效应管的三个电极场效应管的三个电极g、s、d和三极管的和三极管的三个电极三个电极b、e、c的作用相对应。用场效应管的作用相对应。用场效应管组成的放大电路也有相应的共源、共漏、共栅组成的放大电路也有相应的共源、共漏、共栅三种不同的接法，为使场效应管放大电路能够三种不同的接法，为使场效应管放大电路能够正常工作，也应建立合适的静态工作点，并使正常工作，也应建立合适的静态工作点，并使静态工作点稳定，所不同的是场效应管是电压静态工作点稳定，所不同的是场效应管是电压控制器件，需要建立合适的栅源电压，也叫栅控制器件，需要建立合适的栅源电压，也叫栅 极偏置电压（栅偏压）。极偏置电压（栅偏压）。5.2 场效应管放大电路场效应管放大电路(1)静态：适当的静态工作点，使场效应管工作静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。简单。(2)动态：能为交流信号提供通路。动态：能为交流信号提供通路。组成原则：组成原则：静态分析：静态分析：估算法、图解法。估算法、图解法。动态分析：动态分析：微变等效电路法。微变等效电路法。分析方法：分析方法：MOSFET放大电路放大电路一、直流偏置及静态工作点的计算一、直流偏置及静态工作点的计算1 1、共源放大电路结构共源放大电路结构DGSBRG1RG2RDRSRLC1C2CSuiuo+-+UDDuMOS管必须工作于恒流状态，管必须工作于恒流状态，即：即：UGSUGS(th)、UDSUGS-UGS(th)u采用分压偏置式偏置电路，采用分压偏置式偏置电路，以保证静态工作点稳定。以保证静态工作点稳定。u输入回路与输出回路共源极。输入回路与输出回路共源极。2 2、共源放大电路共源放大电路静态工作点静态工作点计算计算Q点点=（VGSQ、IDQ、VDSQ）IGQ=？直流通路直流通路DGSBRG1RG2RDRS+VDDVGSQIDQVDSQDGSBRG1RG2RDRSRLC1C2CSuiuo+-+UDDDDGGGGVRRRV212)1(212 SDQDDGGGGSQRIVRRRV)2(2 TGSQnDQVVKI由于由于IG=0，则，则G点电位为点电位为假定假定MOS管工作在饱和区管工作在饱和区)(SDDQDDDSQRRIVV解方程组（解方程组（2），可得），可得IDQ。直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算求求VGSQ判断饱和区的假设是否正确判断饱和区的假设是否正确例例1：在：在N沟道沟道EMOS管电路中，已知管电路中，已知解：由于解：由于IG=0,栅极和源极上的电压分别为栅极和源极上的电压分别为VRRRVVGGGDDG8212DSDIRIV4SV)48(GSDSGIVVV设设MOS管工作在饱和区，则管工作在饱和区，则2)(TGSnDVVKI2)248(25.0DImAmAID125.2或mAI25.2D不合理不合理MOS管工作在饱和区，假设成立管工作在饱和区，假设成立03652162DDII0125.2*48VVGSmAI1DVVGS41*48VRRIVVSDDDDDS6)()(thGSV)(thGSGSVVDIGVSVVVkRkRRRDDDSGG20,10,4,8.0,2.121管子参数管子参数VVVmAKTn2,/25.02DI，求，求直流偏置及静态工作点的计算：例直流偏置及静态工作点的计算：例1例例2：图示为双电源供电的在：图示为双电源供电的在N沟道沟道EMOS管电路管电路中，已知中，已知解：由于解：由于IG=0,栅极和源极上的电压分别为栅极和源极上的电压分别为VVG0VIRIVVDSDSS)410(SV)410(GSDSGIVVV设设MOS管工作在饱和区，则管工作在饱和区，则2)(TGSnDVVKI2)2410(25.0DImAmAID41.184.2或mAI84.2D不合理不合理MOS管工作在饱和区，假设成立管工作在饱和区，假设成立0161742DDII036.184.2*410VVGSmAI41.1DVVGS36.441.1*410VRRIVVVSDDSSDDDS31.7)()(thGSV)(thGSGSVVDIGVSVVVVkRkRRSSDDDSG10,5,4,1管子参数管子参数VVVmAKTn2,/25.02DI，求，求直流偏置及静态工作点的计算：例直流偏置及静态工作点的计算：例2解：设解：设MOS管工作于饱和区，管工作于饱和区，则有：则有：2)(TGSnDVVKI20.50.5(1)GSV2GSVV例例5.2.2：设：设MOS管参数为：管参数为：2TV1V,K500/nA V电路参数电路参数DDSSV5,-5,10,0.5,0.5DDV VV RkRkImA流过流过Rg1的电流为的电流为ID的的1/10求：求：Rg1 Rg2的值？的值？由此可得：由此可得：流过流过Rg1，Rg2的电流约为的电流约为0.05mA0.05mA，即有：即有：g12102000.05gRRk2GSSSg12(2)(V)gGSDDSSDgRVVVVVI RRRMOS管工作在饱和区，假设成立管工作在饱和区，假设成立211DSGSTVVVVVV()4.75DSDDSSDdVVVIRRV2210(0.5 0.5)200gRVVVk由此可得：由此可得：考虑到：考虑到：g2145,155gRkRk有：有：解：当解：当vI=0时，珊极相当于接地，时，珊极相当于接地，且且Rg上无电流通过上无电流通过2()DQnGSQTIK VV20.250.16(1)GSQV2.25GSQVV例例5.2.3：设：设NMOS管参数为：管参数为：2TV1V,K160/nA V电源电压、电流电源电压、电流DDSSDQV5,0.25,V2.5DQVV ImAV求：电路参数？求：电路参数？由此可得：由此可得：源极电压源极电压设设MOS管工作于饱和区，则有：管工作于饱和区，则有：2.25SGSQVVV 漏极电流漏极电流DDDDQdVVIRMOS管工作在饱和区，假设成立管工作在饱和区，假设成立4.752.2511.25DSQGSQTVVVVVVVd52.5100.25Rkk 考虑到：考虑到：当：当：5,2.5,0.25DDDQDQVV VV ImA漏源电压：漏源电压：2.5(2.25)4.75DSQDQSVVVVVV gsd(,)DGSDSif vvDDDGSDSGSDSiiivvvv DmGSigv跨导跨导漏极输出电阻漏极输出电阻vGSiDvDS二、场效应管的微变等效电路二、场效应管的微变等效电路DSdsGSmvrvg1dsdsgsmdvrvgi1DDSdsivr2()mnGSTgK VV21()dsnGSTrK VV 场效应管的微变等效电路为：场效应管的微变等效电路为：因为栅极电流为零，所以栅源间相当于开路。因为栅极电流为零，所以栅源间相当于开路。很大，很大，可忽略。可忽略。gsdvGSiDvDS三、MOS场效应管放大电路分析（1）u共源放大电路的微变等效电路共源放大电路的微变等效电路交流通路交流通路DGSBRG1RG2RDRSRLC1C2CSvivo+-+VDDDGSRG1RG2RDRLvivo+-+-vgsgmvgsidii结论结论：（1）共源电路与共射电路结构共源电路与共射电路结构相似，性能也相似。相似，性能也相似。（2）共源电路放大电路的共源电路放大电路的Ri比共比共射电路的射电路的Ri大很多，大很多，可由电阻可由电阻RG1、RG2决定。决定。微变等效电路微变等效电路DGSBRG1RG2RDRLuivo+-iovvvA 电压放大倍数电压放大倍数Av：LmgsLgsmgsLDdRgvRvgvRRi)/(iiiivR 输入电阻输入电阻Ri：21/GGRR输出电阻输出电阻Ro：LsRuoooivR0|DR共漏放大电路共漏放大电路1、共漏放大电路结构共漏放大电路结构DGSBRG1RG2RSRLC1C2viuo+-+VDD输入回路与输出回路输入回路与输出回路共漏极共漏极2、静态工作点、静态工作点计算计算Q点点=（VGSQ、IDQ、VDSQ）SDQGSQGRIVV)1(212 SDQGSQDDGGGRIVVRRR)2(2 TGSQnDQVVKI由电路结构，有由电路结构，有SDQDDDSQRIVV即：即：又：又：解方程组解方程组2，可得，可得IDQ、VGSQ。MOS场效应管放大电路分析（场效应管放大电路分析（2）3、共漏放大电路共漏放大电路动态参数动态参数计算计算DGSBRG1RG2RSRLC1C2vivo+-+VDD微变等效电路微变等效电路DGSRG1RG2RSRLViVo+-+-VgsgmVgsidiiiovvvA 电压放大倍数电压放大倍数AV：LmLmLgsmgsLgsmLSdgsLSdvRgRgRvgvRvgRRivRRiA1)/()/(iiiivR 输入电阻输入电阻Ri：21/GGRRmSmSooogRgRivR1/11所以：所以：omSoovgRvi即：即：结论：结论：（1）共漏电路与共集电路结构）共漏电路与共集电路结构相似，性能也相似。相似，性能也相似。（2）因为）因为Av1，共漏电路电路，共漏电路电路也称源极跟随器。也称源极跟随器。（3）共漏电路的）共漏电路的RO比共源电路比共源电路的的RO小。小。输出电阻输出电阻Ro：LsRvoooivR0|DGSRG1RG2RSvo+-+-vgsgmvgsidiO因为：因为：gsmSoovgRvi又：又：gsovvMOS场效应管放大电路分析（场效应管放大电路分析（3）VDD=20VvoRSviCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kgds10kMOS场效应管放大电路分析（场效应管放大电路分析（4）例题）例题微变等效电路微变等效电路sgR2R1RGRLdRLRDgsvgsmvg12/iGRRRRM0375.1Ro=RD=10k sgR2R1RGRLdRLRDgsvgsmvgMOS场效应管放大电路分析（场效应管放大电路分析（5）例题）例题gsivv)/(LDgsmoRRvgv)/(LDmiovRRgvvA四、场效应管放大电路小结四、场效应管放大电路小结(1)场效应管放大器输入电阻很大。场效应管放大器输入电阻很大。(2)场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器(漏极输出漏极输出)输入输出输入输出反相，电压放大倍数大于反相，电压放大倍数大于1；输出电阻；输出电阻=RD。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于大倍数小于1且约等于且约等于1；输出电阻小。；输出电阻小。解解:(1)求静态值求静态值22()0.8(2 1)0.8DQnGSTIK VVmAmA1GSTDSVVVV2()2 0.8(2 1)1.6mnGSTgK VVmSmS例例5.2.4：设：设21TV1V,K0.8/,0.02nmA VV场效应管的参数为场效应管的参数为DDGSV5,3.9,V2dV RkV试确定电路小信号电压增益？试确定电路小信号电压增益？(2)求求FET的互导和输出电阻：的互导和输出电阻：当当MOS管工作于饱和区时管工作于饱和区时(50.8 3.9)1.88DSQDDDQdVVIRVVMOS管工作在饱和区，满足线性管工作在饱和区，满足线性放大器的电路要求放大器的电路要求211()62.50.02 0.8dsnGSTrK VVkk(3)求电压增益求电压增益(|)5.87omdsdivAvgrRv (|)mgsdsdvog vrR 所以有所以有例例5.2.5：设：设MOS管参数为：管参数为：2TV1V,K500/,0nA V电路参数电路参数DDSSV5,-5,10,0.5,0.5DDV VV RkRkImA求：电压增益、源电压增益、输求：电压增益、源电压增益、输入输出电阻？入输出电阻？g1g2sR=150k,R=47k,R=4k解：由例解：由例5.2.2的直流分析已知的直流分析已知0.5,2,4.75DQSGQDSQImA VV VV小信号互导、输出电阻为小信号互导、输出电阻为2()2 0.5(2 1)1mnGSQTgK VVmSmS21()dsnGSQTrK VV 输出电压：输出电压：omgsdVg v R()(1)igsmgsgsmvvg vRvg R1igsmvvg R由此可得：由此可得：电压增益：电压增益：1 106.6711 1 0.5omdvimvg RAvg R 12|35.79iggRRRk输出电阻：输出电阻：输入电阻：输入电阻：源电压增益：源电压增益：10odRRk35.796.675.99935.794ooiivsvsisisvvvRAAvvvRR 例例5.2.6：设耦合电容对信号频率可视为交流短路：设耦合电容对信号频率可视为交流短路,场效应管场效应管工作在饱和区，工作在饱和区，rds很大，可忽略。试画出其小信号等效电很大，可忽略。试画出其小信号等效电路，求出其输入电阻、小信号电压增益、源电压小信号电路，求出其输入电阻、小信号电压增益、源电压小信号电压增益和输出电阻。压增益和输出电阻。解：其小信号等效模型如下图解：其小信号等效模型如下图(|)omgsdsvg vR r(|)igsogsmgsdsvvvvg vR riissiRvvRR电压增益：电压增益：(|)(|)|(|)1(|)1/|mgsdsomdsdsvigsmgsdsmdsmdsg vR rvgR rR rAvvg vR rgR rgR r12|iggRRR源电压增益：源电压增益：|1/|ooidsivssismdsisvvvR rRAvvvgR rRR由图有：由图有：源极跟随器电压增益小于源极跟随器电压增益小于1但接近于但接近于1令令vs=0,保留其内阻保留其内阻Rs,然后在输然后在输入端加一测试电压入端加一测试电压vt,求输出电求输出电阻的电路如右图所示阻的电路如右图所示+tttRrmgsmgsdsvviiig vg vRrgstvv 11|11todstmmdsvRR riggRr11(+)ttmdsivgRr所以所以源极跟随器电阻等于源极电阻、源极跟随器电阻等于源极电阻、MOS输输出电阻、和互导倒数相并联，所以较小出电阻、和互导倒数相并联，所以较小3.三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较组态对应关系：组态对应关系：CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET电压增益：电压增益：beLc)/(rRR )/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(rRR CE：CC：CB：)/(LdmRRg)/(1)/(LmLmRRgRRg)/(LdmRRgCS：CD：CG：beb/rR输出电阻：输出电阻：cR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRR 1/beerRcRBJTFET输入电阻：输入电阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：)/(g2g1g3RRR m1/gR)/(g2g1g3RRR CE：CC：CB：CS：CD：CG：dRm1/gRdR作业：作业：5.2.9