精华内容
下载资源
问答
  • 场效应管放大电路
    千次阅读
    2019-10-03 20:08:59

    写在前面:本博文是华南理工大学电子与信息学院《模拟电子技术》第九讲的课程笔记

    1.场效应管介绍

    场效应管类似于三极管,都有三个极:栅极G,源极S和漏极D;它的本质是电压对电流的控制作用
    场管的分类示意图如下:
    在这里插入图片描述
    下面,我们先来分析一下结型场效应管(以N沟道为例):
    在这里插入图片描述
    首先,在栅极和源极之间我们加的是反向电压:

    1. u G S > U G S ( O F F ) u_{GS} > U_{GS(OFF)} uGS>UGS(OFF)时,随着 V D D V_{DD} VDD的增大, i D i_D iD也随之增大
    2. u G S = U G S ( O F F ) u_{GS} = U_{GS(OFF)} uGS=UGS(OFF)时,称为预夹断
    3. u G S < U G S ( O F F ) u_{GS} < U_{GS(OFF)} uGS<UGS(OFF)时, V D D V_{DD} VDD的增大几乎全部用来克服沟道电阻,所以 i D i_D iD基本不变,进入了恒流区

    结型场管在恒流区有一个非常重要的方程: i D = I D S S ( 1 − u G S U G S ( o f f ) ) 2 (1) i_D = I_{DSS}(1 - \frac{u_{GS}}{U_{GS(off)}})^2\tag{1} iD=IDSS(1UGS(off)uGS)2(1)

    I D S S I_{DSS} IDSS(饱和漏级电流)就是当 u G S = 0 u_{GS} = 0 uGS=0时的 i D i_D iD

    下面我们再来看看MOS管(以增强型N沟道MOS管为例)
    在这里插入图片描述

    1. u G S > U G S ( t h ) u_{GS} >U_{GS(th)} uGS>UGS(th)时,随着 u D S u_{DS} uDS的增大, i D i_D iD逐渐增大
    2. u G S = U G S ( t h ) u_{GS} =U_{GS(th)} uGS=UGS(th),进入预夹断状态
    3. u G S < U G S ( t h ) u_{GS} < U_{GS(th)} uGS<UGS(th)时, u D S u_{DS} uDS的增大几乎全部用来克服沟道电阻,所以 i D i_D iD基本不变,进入了恒流区

    对于MOS管,也有一个非常重要的方程: i D = I D O ( u G S U G S ( t h ) − 1 ) 2 (2) i_D = I_{DO}(\frac{u_{GS}}{U_{GS(th)}} - 1)^2\tag{2} iD=IDO(UGS(th)uGS1)2(2)

    其中, I D O I_{DO} IDO为当 u G S = 2 U G S ( t h ) u_{GS} = 2U_{GS(th)} uGS=2UGS(th)时的 i D i_D iD

    2.场效应管静态工作点的设置以及求解

    首先,对于场效应管来说,我们静态工作点Q的指标包括: I D Q , U G S Q , U D S Q I_{DQ}, U_{GSQ}, U_{DSQ} IDQ,UGSQ,UDSQ

    2.1. 自给偏压电路

    首先,我们要画出该电路的直流通路,在现在这个阶段,我们应该是对直流通路的画法非常熟悉了,因此,博主不打算在这里画它的直流通路,大家试着在脑海中画一下:
    下面,我们要特别注意一点:栅极是没有电流通过的! 因此,流过 R d R_d Rd, R S R_S RS的电流都是一样的,也就是漏极电流
    那么,首先我们就可以得到下面的式子: V D D = I D Q ( R d + R s ) + U D S Q U G S Q = U G − I D Q R s V_{DD} = I_{DQ}(R_d+R_s) + U_{DSQ}\\ U_{GSQ} = U_{G} - I_{DQ}R_s\\ VDD=IDQ(Rd+Rs)+UDSQUGSQ=UGIDQRs
    由于栅极无电流通过,因此 U G U_{G} UG = 0V,故 U G S Q = − I D Q R s U_{GSQ} = - I_{DQ}R_s UGSQ=IDQRs
    现在是三个未知数,两个方程,还不足以解出静态工作点,还需要一个方程,他就是: I D Q = I D S S ( 1 − U G S Q U G S ( O F F ) ) 2 I_{DQ} = I_{DSS}(1 - \frac{U_{GSQ}}{U_{GS(OFF)}})^2 IDQ=IDSS(1UGS(OFF)UGSQ)2
    联立上面三个方程即可求出Q的指标

    2.2. 分压式偏置电路

    同理,由于栅极无电流流过,因此,在直流通路中, R g 3 R_{g3} Rg3那条支路就相当于开路
    那么,我们先可以得到下面的几个式子: U D S Q + ( R d + R s ) I D Q = V D D U G S D + I D Q R s = R g 1 R g 1 + R g 2 V D D U_{DSQ} + (R_d + R_s)I_{DQ} =V_{DD}\\ U_{GSD} + I_{DQ}R_s = \frac{R_{g1}}{R_{g1} + R_{g2}}V_{DD} UDSQ+(Rd+Rs)IDQ=VDDUGSD+IDQRs=Rg1+Rg2Rg1VDD
    还差一个式子,想必大家也想到了,我们就应用场管的电流方程: I D Q = I D O ( U G S Q U G S ( t h ) − 1 ) 2 I_{DQ} = I_{DO}(\frac{U_{GSQ}}{U_{GS(th)}} - 1)^2 IDQ=IDO(UGS(th)UGSQ1)2

    说明:上面的自给偏压电路和分压式偏置电路

    3.场效应管放大电路的动态分析方法

    首先,我们要知道场效应管在低频小信号下的等效模型

    (注意:在高频信号下的模型有所不同,现在我们只考虑低频小信号)
    一个技巧:共什么极就将什么极接地

    3.1.基本共源放大电路

    对于基本共源放大电路,我们分别来分析上面的自给偏压式电路和分压偏置式电路:
    首先,对于自给偏压式电路,我们先画出它的交流通路:

    下面来看看交流放大电路的各项指标吧:

    1. 放大倍数 A u A_u Au A u = u 0 u i = − g m U g s ( r d s / / R d / / R L ) U g s = − g m ( r d s / / R d / / R L ) A_u = \frac{u_0}{u_i} = \frac{-g_mU_{gs}(r_{ds} // R_d // R_L)}{U_{gs}} = -g_m(r_{ds} // R_d // R_L) Au=uiu0=UgsgmUgs(rds//Rd//RL)=gm(rds//Rd//RL)(注意放大倍数是负的,也就是反向)
      其中,如果 r d s r_{ds} rds >> R d , R L R_d,R_L Rd,RL;那么, A u ≈ − g m ( R d / / R L ) A_u ≈ -g_m(R_d // R_L) Augm(Rd//RL)
    2. 输入电阻 R i R_i Ri:
      很明显, R i = R g R_i = R_g Ri=Rg
    3. 输出电阻 R 0 R_0 R0
      输出电阻就是 R L R_L RL开路时;内部所有独立源置零之后从输出端看进去的等效电
      R i = g m U g s ( r d s / / R d ) g m U g s = r d s / / R d R_i = \frac{g_mU_{gs}(r_{ds} // R_d)}{g_mU_{gs}} = r_{ds} // R_d Ri=gmUgsgmUgs(rds//Rd)=rds//Rd
      其中,当 r d s > > R d r_{ds} >> R_d rds>>Rd R i ≈ R d R_i ≈ R_d RiRd

    对于分压偏置式放大电路,同样的,我们先画出交流通路:

    下面将场管的微变等效电路带入:

    下面分析电路的各项指标:

    1. 放大倍数 A u A_u Au
      A u = u 0 u i = − g m U g s ( r d s / / R d / / R L ) U g s = − g m ( r d s / / R d / / R L ) A_u = \frac{u_0}{u_i} = \frac{-g_mU_{gs}(r_{ds} // R_d // R_L)}{U_{gs}} = -g_m(r_{ds} // R_d // R_L) Au=uiu0=UgsgmUgs(rds//Rd//RL)=gm(rds//Rd//RL)
    2. 输入电阻 R i R_i Ri
      R i = R g 3 + ( R g 1 / / R g 2 ) R_i = R_{g3} + (R_{g1} // R_{g2}) Ri=Rg3+(Rg1//Rg2)
    3. 输出电阻 R 0 R_0 R0
      R 0 = r d s / / R d R_0 = r_{ds} // R_d R0=rds//Rd

    增加 R g 3 R_{g3} Rg3的作用是增大输入电阻( R g 3 R_{g3} Rg3一般很大,几兆欧)

    那么,对于上面的分压偏置电路,如果没有旁路电容 C s C_s Cs,那么效果会有什么不同呢?

    (说明:上图有一个笔误: U g s U_{gs} Ugs上面那个字母应该是G)
    为了简单起见,我们省略了 r d s r_{ds} rds(因为它一般很大,并联之后就没什么影响了)
    果然,在画法上有一些不同,我们发现其实 U g s U_{gs} Ugs就是受控电流源两端的电压

    1. 放大倍数 A u A_u Au A u = u 0 u i = − g m U g s ( R s + R d / / R L ) U g s + g m U g s R s = − ( R s + R d / / R L ) 1 + R s A_u = \frac{u_0}{u_i} = \frac{-g_mU_{gs}(R_s + R_d // R_L)}{U_{gs} + g_mU_{gs}R_s} = \frac{-(R_s + R_d//R_L)}{1+R_s} Au=uiu0=Ugs+gmUgsRsgmUgs(Rs+Rd//RL)=1+Rs(Rs+Rd//RL)
    2. 输入电阻和之前一样
    3. 输出电阻也和之前一样

    3.2.基本共漏放大电路

    我们来看一个例子

    这时,场管的微变等效电路中,是漏极接地了
    下面,我们来分析一下它的动态电路各项指标:

    1. 放大倍数 A u A_u Au
      A u = u 0 u i = g m U g s ( R s / / R L ) U g s + g m U g s ( R s / / R L ) = g m ( R s / / R L ) 1 + g m ( R s / / R L ) A_u = \frac{u_0}{u_i} = \frac{g_mU_{gs}(R_s // R_L)}{U_{gs} + g_mU_{gs}(R_s // R_L)} = \frac{g_m(R_s // R_L)}{1 + g_m(R_s // R_L)} Au=uiu0=Ugs+gmUgs(Rs//RL)gmUgs(Rs//RL)=1+gm(Rs//RL)gm(Rs//RL)
      我们有几个发现:1. 共漏放大电路不同于共源放大电路,它的放大倍数是正的;2. 并且这个放大倍数接近1,但比1小
    2. 输入电阻 R i R_i Ri
      R i = R g 1 + R g 2 / / R g 3 R_i = R_{g1} + R_{g2} // R_{g3} Ri=Rg1+Rg2//Rg3
    3. 输出电阻 R 0 R_0 R0
      R 0 = R s / / U g s g m U g s = R s / / 1 g m R_0 = R_s // \frac{U_{gs}}{g_mU_{gs}} = R_s // \frac{1}{g_m} R0=Rs//gmUgsUgs=Rs//gm1
    更多相关内容
  • 场效应管放大电路和三极管放大电路的区别 1.场效应管的源极s、栅极g、漏极d分别对应于三极管的发射极e、基极b、集电极c,它们的作用相似。 2.场效应管是电压控制电流器件,由vGS控制iD,其放大系数gm一般较小,...
  • 场效应管放大电路的基本结构场效应管与晶体一样,也具有放大作用,但与普通晶体是电流控制型器件相反,场效应管是电压控制型器件。它具有输入阻抗高、噪声低的特点。场效应管的3个电极,即栅极、源极和漏极分别...
  • 本文主要介绍了场效应管放大电路的静态分析
  • 模拟电子技术基础课件:第九讲 场效应管放大电路1.ppt
  • 实验6--结型场效应管共源放大电路实验
  • 一、偏置电路  有自生偏置和混合偏置两种方法,表1电路I利用漏极电ID通过Rs所产生的IdRs作为生偏置电压,即Ugs=-IdRso可以稳定工作点。... 常用场效应管放大电路  (1)写出直流负载线的方程为:Uds=Ed-
  • 本文主要介绍了 场效应管放大电路的识图方法,重点掌握场效应管放大电路的结构及功能特点,能够正确分析和识读放大电路中各种关键元器件的作用以及信号经过放大电路后的输出状态
  • 场效应管放大电路场效应管简介以N沟道为例.ppt
  • CH场效应管放大电路.pptx
  • 场效应管放大电路和模拟集成电路.ppt
  • 项目三场效应管放大电路.pdf
  • 场效应管放大电路PPT课件.pptx
  • 场效应管放大电路PPT教案.pptx
  • 场效应管放大电路学习课程.pptx
  • 模拟电路课件教学课程场效应管放大电路.ppt
  • 模拟电子技术:第5章场效应管放大电路.ppt
  • 模拟电子技术:第五章 场效应管放大电路.ppt
  • 场效应管放大电路页PPT课件.pptx
  • 场效应管放大电路计算PPT课件.pptx
  • 场效应管放大电路4PPT课件.pptx
  • 第四章场效应管放大电路.ppt
  • ch场效应管放大电路PPT课件.pptx
  • 场效应管放大电路newP沟道精选.pptx
  • 场效应管放大电路PPT学习教案.pptx
  • MOS场效应管放大电路PPT课件.pptx
  • 场效应管放大电路和模拟集成电路PPT课件.pptx
  • 5场效应管放大电路PPT教案.pptx

空空如也

空空如也

1 2 3 4 5 ... 20
收藏数 4,833
精华内容 1,933
关键字:

场效应管放大电路