《模擬電子技術》第章場效應管放大器與單管放大總結

第二章3

場效應管放大電路

單管放大器總結單管放大器總結場效應管的分類（P49）按工藝結構分兩類：結型和絕緣柵型（MOS）按溝道材料分兩類：N溝道和P溝道按導電方式分兩類：耗盡型與增強型。共有6類：結型管只有耗盡型：結型耗盡型N溝道結型耗盡型P溝道絕緣柵型（MOS）既有耗盡型，又有增強型：N溝道耗盡型N溝道增強型；P溝道耗盡型P溝道增強型123456增強型:UG=0,ID=0(類電子管)均為耗盡型耗盡型:UG=0,ID≠0(類PN結)類PN結場效應三極管型號命名方法(兩種)第一種命名方法（與雙極型三極管相同）：第三位字母J代表結型場效應管，O代表絕緣柵場效應管。第二位字母代表材料，D是P型硅N溝道；C是N型硅P溝道。 例如,3DJ6D是結型P溝道場效應三極管，3DO6C是絕緣柵型N溝道場效應三極管。第二種命名方法（CS××#）：CS代表場效應管，××以數字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規(guī)格。例如CS14A、CS45G等場效應管的參數1、IDSS—飽和漏源電流：柵極電壓UGS=0時的漏源電流（結型或耗盡型絕緣柵場效應管）2、UP—夾斷電壓：漏-源間剛截止時的柵極電壓（結型或耗盡型絕緣柵場效應管）3、UT—開啟電壓：漏源間剛導通時的柵極電壓（增強型絕緣柵場效管）4、gM—跨導：柵源電壓UGS對漏極電流ID的控制能力（即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值）。是衡量場效應管放大能力的重要參數。5、BUDS—漏源擊穿電壓（極限參數）：柵源電壓UGS一定時，場效應管正常工作所能承受的最大漏-源電壓。（重要極限參數：場效應管的工作電壓必須小于BUDS?。?、PDSM—最大耗散功率（極限參數）：令場效應管性能正常所允許的最大漏-源耗散功率。（場效應管實際功耗應小于PDSM并留有一定余量?。?、IDSM—最大漏源電流（極限參數）：場效應管正常工作時，漏源間所允許通過的最大電流（場效應管的工作電流不允許超過IDSM）。一、場效應管（以結型N溝道為例）

場效應管有三個極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d），對應于晶體管的e、b、c；有三個工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對應于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。1.結型場效應管符號結構示意圖柵極漏極源極導電溝道單極型器件∶噪聲小、抗輻射能力強、低電壓工作柵-源電壓對導電溝道寬度的控制作用溝道最寬溝道變窄溝道消失稱為夾斷

uGS可以控制導電溝道的寬度。為什么g-s必須加負電壓？UGS（off）漏-源電壓對漏極電流的影響uGS＞UGS（off）且不變，VDD增大，iD增大。預夾斷uGD＝UGS（off）VDD的增大，幾乎全部用來克服溝道的電阻，iD幾乎不變，進入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定于uGS。場效應管工作在恒流區(qū)的條件是什么？uGD>UGS（off）uGD<UGS（off）夾斷電壓漏極飽和電流轉移特性場效應管工作在恒流區(qū)，因而uGS＞UGS（off）且uGD＜UGS（off）。uDG＞－UGS（off）g-s電壓控制d-s的等效電阻輸出特性預夾斷軌跡，uGD＝UGS（off）可變電阻區(qū)恒流區(qū)iD幾乎僅決定于uGS擊穿區(qū)夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓IDSSΔiD不同型號的管子UGS（off）、IDSS將不同。低頻跨導：跨導乃電阻的倒數，毫安/伏（MA/V）與毫西（mS）表示的是一樣的量綱

2.絕緣柵型場效應管uGS增大，反型層（導電溝道）將變厚變長。當反型層將兩個N區(qū)相接時，形成導電溝道。SiO2絕緣層襯底耗盡層空穴高摻雜反型層增強型管大到一定值才開啟增強型MOS管uDS對iD的影響用場效應管管組成放大大電路時應應使之工作作在恒流區(qū)區(qū)。N溝道道增強型MOS管工工作在恒流流區(qū)的條件件是什么？？iD隨uDS的增大而增增大，可變變電阻區(qū)uGD＝UGS（th）,預夾斷iD幾乎僅僅受受控于uGS，恒流區(qū)剛出現夾斷斷uGS的增大幾乎乎全部用來來克服夾斷斷區(qū)的電阻阻耗盡型MOS管耗盡型MOS管在uGS＞0、uGS＜0、uGS＝0時均可可導通，且且與結型場場效應管不不同，由于于SiO2絕緣層的存存在，在uGS＞0時仍保保持g-s間電阻非非常大的特特點。加正離子小到一定值值才夾斷uGS=0時就存存在導電溝溝道MOS管的特性1)增強型型MOS管2)耗盡型MOS管開啟電壓夾斷電壓利用Multisim測試場效應應管的輸出出特性從輸出特性性曲線說明明場效應管管的哪些特特點？場效應管放放大電路路3.場場效應管的的分類工作在恒流流區(qū)時g-s、d-s間的電電壓極性耗盡型柵極可反偏偏(可正偏偏)均有ID：UG=0,ID≠0漏極加正電電壓漏極加負電電壓類NPN管管類PNP管管增強型柵極須正偏偏反偏無ID：UG=0,ID=0二、場效應應管靜態(tài)工工作點的設設置方法場效應管工工作在恒流流區(qū)在柵g-源源s間加柵偏壓VGS在漏漏d-源源s間間加加正正電電壓壓VDS柵極極輸輸入入的的信信號號電電壓壓ui將會會被被放放大大gm倍（（跨跨導導））即漏漏極極輸輸出出電電壓壓VDS和電電流流ID被柵柵極極電電壓壓VGS控制制1.基基本本共共源源放放大大電電路路原原理理VGSVDSgmIDg-s電電壓壓控控制制d-s的的等等效效電電阻阻輸出特特性預夾斷斷軌跡跡，uGD＝UGS（（off））可變電電阻區(qū)區(qū)恒流區(qū)iD幾乎僅僅決定定于uGS擊穿區(qū)夾斷區(qū)區(qū)（截截止區(qū)區(qū)）夾斷電壓IDSSΔiD不同型型號的的管子子UGS（（off））、IDSS將不同同。低頻跨跨導：：跨導乃乃電阻阻的倒倒數，，單位位：毫毫安/伏（（mA/V）（又稱稱：毫毫西（（mS），，表示示相同同的量量綱）g-s電壓壓控制制d-s的的等效效電阻阻即飽和區(qū)區(qū)輸出特特性預夾斷斷軌跡跡，uGD＝UGS（（off））可變電電阻區(qū)區(qū)恒流區(qū)iD幾乎僅僅決定定于uGS即放大大區(qū)擊穿區(qū)夾斷區(qū)區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓IDSSΔiD不同型號的的管子UGS（off）、IDSS將不同?？鐚Вǚ糯蟠蟊稊担海嚎鐚穗娮枳璧牡箶担?，單位：毫毫安/伏（（mA/V）（又稱：毫毫西（mS），表示示相同的量量綱）MOS管的特性1)增強型型MOS管2)耗盡型MOS管開啟電壓夾斷電壓MOS管的特性2)耗盡型MOS管夾斷電壓QQiDUGSUDS2.自自給偏壓電電路漏極電流ID在源極電阻阻RS的壓降是柵柵-源之間間的負偏壓壓URS稱為自給偏偏壓自給偏壓URE具有穩(wěn)定工工作點的作作用IDURs+-3.分分壓式偏置置電路A點電壓UA即為柵-源源電壓UGS因為沒有柵柵極電流，，Rg3上便沒有電電壓降故：UGS=URg1所以Rg3的阻值可以以很大，以以提高輸入入阻抗（從從而提高電電壓放大倍倍數）UGS=VDD?Rg1/(Rg1+Rg2)即典型的Q點穩(wěn)定電路路UAUGSCMOS放大器授授課結束單管放大器總總結性能指標信號源信號源內阻輸入電壓輸入電流輸出電壓輸出電流輸入電壓Ui：輸入信號源源Us在放放大電路內內阻Ri上上的電壓降降輸出電壓Uo：放大產生的的輸出信號號電流Io，在負載載上的電壓壓降1.放大大倍數：輸出量與輸輸入量之比比最常用參數數（常測））輸入電壓：：輸入信號源源Us在放放大電路內內阻Ri上上的電壓降降輸入電流電壓放大倍倍數電流放大倍倍數互阻放大倍倍數互導放大倍倍數阻抗電導信號源信號源內阻輸入電壓：：輸入信號源源Us在放放大電路內內阻Ri上上的電壓降降輸入電流2.輸入入電阻和輸輸出電阻輸出電阻：：將輸出信號號等效成有有內阻的電電壓源，內阻Ro就就是輸出電電阻。輸入等效電電阻：輸入電壓與與輸入電流流有效值之之比：輸入電阻：：從輸入端看看進去的等等效電阻輸出等效電電阻：空載電壓U’O減去有載電電壓UO除以輸出電電流iO：輸出電流io2.電壓放放大倍數和和輸入、輸輸出電阻輸入電阻中中不應含有有Rs!輸出電阻中中不應含有有RL!簡化的h參數等效電電路－交流流等效模型型查閱手冊基區(qū)體電阻發(fā)射結電阻發(fā)射區(qū)體電阻數值小可忽略利用PN結結的電流方方程可求得得由IEQ算出在輸入特性性曲線上，，Q點越高，rbe越小！3.通頻頻帶：原理：由于寄生電電感、電容容（布線電電感、電容容及放大管管PN結的的電容效應應等）使放放大電路在在較低頻率和較高頻率時電壓放大大倍數均會會下降，并并會產生相相移。放大大量較大的的是中間頻頻率。不低于中中間頻率率放大倍倍數0.707倍的頻頻率帶，，稱通頻頻帶。功能：衡量放大電路路對不同頻率率信號的適應應能力。下限頻率上限頻率電路的串聯電電容影響電路的并聯電電容影響通頻帶4.最大不不失真輸出電電壓Uom：交流有效值。。5.最大輸輸出功率Pom和效率η：功率放大電電路的參數Uom=Upp/√2 【電電壓峰值/2的平方方根】，或者：Uom=Uppx0.707或者：Uom=Upp÷1.414【與交流電壓壓整流成直流流電壓的原理理、公式相同同】最大輸出功率率Pom=Uom.Iom電壓.電電流效率η=PV/Pom電源輸輸出功功率/放放大大器輸輸出功功率讀作：：yita，，希臘臘字母母電源耗耗散功功率復習一一1.將圖中中的NPN型晶晶體管管共射射放大大電路路改為為PNP型型晶體體管共共射放放大電電路。。2.畫畫出電電路的的直流流通路路和交交流通通路。。復習一一1.將圖中中的NPN型晶晶體管管共射射放大大電路路改為為PNP型型晶體體管共共射放放大電電路。。2.畫畫出出電電路路的的直直流流通通路路和和交交流流通通路路。。復習一1.將圖中的的NPN型晶體體管共射射放大電電路改為為PNP型晶體體管共射射放大電電路。2.畫畫出電電路的直直流通路路和交流流通路。。復習一等效電路路法半導體器器件的非非線性特特性使放放大電路路的分析析復雜化化。利用用線性元元件建立立模型，，來描述述非線性性器件的的特性。。1.直直流模型型：適于Q點的分析析理想二極管利用估算算法求解解靜態(tài)工工作點，，實質上上利用了了直流模模型。輸入回路路等效為為恒壓源源輸出回路路等效為為電流控控制的電電流源2.晶晶體管的的h參數等效效模型（（交流等等效模型型）在交流通通路中可可將晶體體管看成成為一個個二端口口網絡，，輸入回回路、輸輸出回路路各為一一個端口口。低頻小信信號模型型在低頻、、小信號號作用下下的關系系式交流等效效模型（（按式子子畫模型型）電阻(系數)無量綱綱(系數)無量綱綱電導h參數的物物理意義義b-e間間的動態(tài)電阻阻電壓反饋饋系數電流放大大系數c-e間間的電導導分清主次，合合理近似！什什么情況下h12和h22的作用可忽略略不計？簡化的h參數等效電路路－交流等效效模型查閱手冊基區(qū)體電阻發(fā)射結電阻發(fā)射區(qū)體電阻數值小可忽略利用PN結的的電流方程可可求得由IEQ算出在輸入特性曲曲線上，Q點越高，rbe越??！3.放大電電路的動態(tài)分分析放大電路的交流等效電路路動態(tài)分析：阻阻容耦合共射射放大電路的的放大倍數、、輸入、輸出出阻抗輸入電阻中不不應含有Rs!輸出電阻中不不應含有RL!討論一1.在什什么參數、如如何變化時Q1→Q2→Q3→Q4？2.從輸輸出電壓上看看，哪個Q點下最易產生生截止失真？？哪個Q點下最易產生生飽和失真？？哪個Q點下Uom最大？3.設計計放大電路時時，應根據什什么選擇VCC？2.空載載和帶載兩種種情況下Uom分別為多少？？在圖示電路中中，有無可能能在空載時輸輸出電壓失真真，而帶上負負載后這種失失真消除？增強電壓放大大能力的方法法？討論二已知ICQ＝2mA，UCES＝0.7V。。1.在空空載情況下，，當輸入信號號增大時，電電路首先出現現飽和失真還還是截止失真真？若帶負載載的情況下呢呢？討論三：基本共射放放大電路的靜靜態(tài)分析和動動態(tài)分析QIBQ≈35μAUBEQ≈0.65V為什么用圖解解法求解IBQ和UBEQ？討論四：阻容耦合共共射放大電路路的靜態(tài)分析析和動態(tài)分析析討論五：波形分析失真了嗎？如如何判斷？原原因？飽和失真§2.4靜態(tài)工作點的的穩(wěn)定一、溫度對靜靜態(tài)工作點的的影響二、靜態(tài)工作作點穩(wěn)定的典典型電路三、穩(wěn)定靜態(tài)態(tài)工作點的方方法一、溫度對靜態(tài)工作點的影響所謂Q點穩(wěn)定，是指指ICQ和UCEQ在溫度變化時時基本不變，，這是靠IBQ的變化得來的的。若溫度升高時時要Q’回到Q，則只有減小小IBQT（℃）→β↑→ICQ↑→Q’ICEO↑若UBEQ不變IBQ↑Q’二、靜態(tài)工作作點穩(wěn)定的典典型電路直流通路？Ce為旁路電容，，在交流通路路中可視為短短路1.電路路組成2.穩(wěn)定定原理為了穩(wěn)定Q點，通常I1>>IB，即I1≈I2；因此基本不隨溫度度變化。設UBEQ＝UBE＋ΔUBE，若UBQ－UBE>>ΔUBE，則IEQ穩(wěn)定。Re的作用T(℃)↑↑→IC↑→UE↑→UBE↓（UB基本不變變）→IB↓→IC↓Re起直流負負反饋作作用，其其值越大大，反饋饋越強，，Q點越穩(wěn)定定。關于反饋饋的一些些概念：：將輸出量量通過一一定的方方式引回回輸入回回路影響響輸入量量的措施施稱為反反饋。直流通路路中的反反饋稱為為直流反反饋。反饋的結結果使輸輸出量的的變化減減小的稱稱為負反反饋，反反之稱為為正反饋饋。Re有上限值值嗎？IC通過Re轉換為ΔUE影響UBE溫度升高IC增大，反饋的結果使之減小3.Q點分析分壓式電電流負反反饋工作作點穩(wěn)定定電路Rb上靜態(tài)電電壓是否否可忽略略不計？？判斷方法：4.動動態(tài)分分析利?弊?無旁路電電容Ce時：如何提高高電壓放放大能力力？減小了放放大倍數數穩(wěn)定了放放大倍數數三、穩(wěn)定定靜態(tài)工工作點的的方法引入直流流負反饋饋溫度補償償：利用用對溫度度敏感的的元件，，在溫度度變化時時直接影影響輸入入回路。。例如，Rb1或Rb2采用熱敏敏電阻。。它們們的溫度度系數？？討論一若采用了了措施，，則是什什么措施施？圖示兩個個電路中中是否采采用了措措施來穩(wěn)穩(wěn)定靜態(tài)態(tài)工作點點？§2.5晶體管放放大電路路的三種種接法一、基本本共集放放大電路路二、基本本共基放放大電路路三、三種種接法放放大電路路的比較較一、基本本共集放放大電路路1.靜靜態(tài)分分析2.動動態(tài)分分析：電壓放放大倍數數故稱之為為射極跟跟隨器Uo＜Ui2.動動態(tài)分分析：輸入電電阻的分分析Ri與負載有有關！RL帶負載電阻后從基極看Re，被增大到（1+β）倍2.動動態(tài)分分析：輸出電電阻的分分析Ro與信號源源內阻有有關！3.特特點：：輸入電阻阻大，輸輸出電阻阻??；只只放大電電流，不不放大電電壓；在在一定條條件下有有電壓跟跟隨作用用！令Us為零，保留Rs，在輸出端加Uo，產生Io,。從射極看基極回路電阻，被減小到（1+β）倍二、基本本共基放放大電路路1.靜靜態(tài)分分析2.動動態(tài)分分析3.特特點：輸入電阻阻小，頻頻帶寬??！只放大大電壓，，不放大大電流??！三、三種種接法的的比較：：空載情況況下接法共共射共共集共共基基Au大小小于1大大Aiβ1＋βααRi中大大小小Ro大小小大大頻帶窄窄中中寬寬討論一：：圖示電路路為哪種種基本接接法的放放大電路路？它們們的靜態(tài)態(tài)工作點點有可能能穩(wěn)定嗎嗎？求解解靜態(tài)工工作點、、電壓放放大倍數數、輸入入電阻和和輸出電電阻的表表達式。。接法共射共集共基輸入bbe輸出cec電路路如如圖圖，，所所有有電電容容對對交交流流信信號號均均可可視視為為短短路路。。1.Q為多多少少？？2.Re有穩(wěn)穩(wěn)定定Q點的的作作用用嗎嗎？？