模擬電路網(wǎng)絡(luò)課件 第二十節(jié):場效應(yīng)管放大電路

4.3 場效應(yīng)管放大電路

4.3.1 直流偏置電路及靜態(tài)分析

一、直流偏置電路

由場效應(yīng)管組成放大電路時(shí)，也要建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)Q，而且場效應(yīng)管是電壓控制器件，因此需要有合適的柵-源偏置電壓。常用的直流偏置電路有兩種形式，即自偏壓電路和分壓式自偏壓電路。

1．自偏壓電路

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圖1

圖1(a)所示電路是一個(gè)自偏壓電路，其中場效應(yīng)管的柵極通過電阻Rg接地，源極通過電阻R 接地。這種偏置方式靠漏極電流ID在源極電阻R上產(chǎn)生的電壓為柵-源極間提供一個(gè)偏置電壓VGS，故稱為自偏壓電路。靜態(tài)時(shí)，源極電位VS=IDR。由于柵極電流為零，Rg上沒有電壓降，柵極電位VG=0，所以柵源偏置電壓VGS= VG–VS= –IDR 。耗盡型MOS管也可采用這種形式的偏置電路。

圖1(b)所示電路是自偏壓電路的特例，其中VGS=0。顯然，這種偏置電路只適用于耗盡型MOS管，因?yàn)樵跂旁措妷捍笥诹恪⒌扔诹愫托∮诹愕囊欢ǚ秶鷥?nèi)，耗盡型MOS管均能正常工作。

增強(qiáng)型MOS管只有在柵-源電壓達(dá)到其開啟電壓VT時(shí)，才有漏極電流ID產(chǎn)生，因此這類管子不能用于圖1所示的自偏壓電路中。

2．分壓式偏置電路

圖2

二、靜態(tài)分析

對場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析也可以采用圖解法或公式估算法，圖解法的步驟與雙極型三極管放大電路的圖解法相似。這里僅討論用公式估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)。

工作在飽和區(qū)時(shí)，結(jié)型場效應(yīng)管和耗盡型MOS管的漏極電流 ，增強(qiáng)型MOS管的漏極電流。

求靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，對于圖1(a)所示電路，可求解方程組

得到ID和VGS。

管壓降

對于圖2所示電路，可求解方程組

得到ID和VGS。

管壓降 VDS=VDD–ID( Rd + R )

4.4.2 場效應(yīng)管的小信號模型分析法

一、場效應(yīng)管和小信號模型

場效應(yīng)管也是非線性器件，在輸入信號電壓很小，且場效應(yīng)管工作在放大區(qū)時(shí)，與三極管一樣，也可將其用小信號模型等效，如下面動(dòng)畫所示。

當(dāng)場效應(yīng)管工作在高頻小信號條件下時(shí)，其極間電容的影響不能忽略，這時(shí)場效應(yīng)管要用右圖所示的高頻小信號模型等效。

二、共源放大電路及小信號模型分析法

與雙極型三極管放大電路相對應(yīng)，場效應(yīng)管放大電路也有三種基本組態(tài)，即共源極、共漏極和共柵極放大電路。用場效應(yīng)管小信號模型分析其放大電路的步驟，與三極管小信號模型分析法的步驟相同。

共源極放大電路如圖1(a)所示，其中頻小信號等效電路由連續(xù)操作圖1中的第一個(gè)按鈕得到。

1．中頻電壓增益

場效應(yīng)管的輸出電阻rd通常在幾百千歐數(shù)量級，比電阻Rd 、RL大得多，因此可將rd作開路處理，于是圖1(b)中

???

式中負(fù)號表示共源極放大電路的輸出電壓與輸入電壓相位相反，即共源極放大電路屬于反相電壓放大電路。

2．輸入電阻

由于場效應(yīng)管柵極幾乎不取信號電流，柵-源極間的交流電阻可視為無窮大，因此，圖1所示共源極放大電路的輸入電阻為

3．輸出電阻

應(yīng)用前面介紹過的求放大電路輸出電阻的方法，可求得圖1所示電路的輸出電阻為。

由上述分析可知，與共射極放大電路類似，共源極放大電路具有一定的電壓放大能力，且輸出電壓與輸入電壓反相，故被稱為反相電壓放大器。共源極放大電路的輸入電阻很高，輸出電阻主要由漏極電阻Rd決定。適用于作多級放大電路的輸入級或中間級。

三、共漏極放大電路

共漏極放大電路如圖1(a)所示，其中頻小信號等效電路如圖1(b)所示。由于輸出電壓從源極取出，故又稱其為源極輸出器。

1．中頻電壓增益

由圖1(b)可知

所以

??

由此式可知，共漏極放大電路的中頻電壓增益 ，輸出電壓與輸入電壓相位相同。當(dāng) 時(shí)， ，因此，共漏極放大電路又稱為源極電壓跟隨器。

2．輸入電阻Ri

3．輸出電阻Ro

連續(xù)操作圖1(b)中的三角形按鈕，可以得到求共漏極放大電路輸出電阻的等效電路。

在此電路中，由于柵極電流 ，柵極回路的電阻上均無信號電壓，所以 ，于是有

即共漏極電路的輸出電阻Ro等于源極電阻R 和跨導(dǎo)的倒數(shù) 相并聯(lián)，所以，輸出電阻Ro較小。不過，由于一般情況下gm較小，因而使共漏電路的輸出電阻比共集電極電路的輸出電阻高。

由以上分析可知，與三極管共集電極放大電路類似，場效應(yīng)管共漏極放大電路沒有電壓放大作用，其電壓增益小于1，輸出電壓與輸入電壓相位相同，輸入電阻高，輸出電阻低。可作阻抗變換用。