7[1]._第4章_场效应管_4.3-4.5

第四章场效应管放大电路4.3场效应管的主要参数1.饱和漏极电流IDSSIDSS是耗尽型和结型场效应管的一个重要参数.定义:当栅源之间的电压UGS等于零,而漏、源之间的电压UDS大于夹断电压UP时对应的漏极电流。4.3.1直流参数第四章场效应管放大电路UP也是耗尽型和结型场效应管的重要参数。定义：UDS一定时，使ID减小到某一个微小电流(如1μA,50μA)时所需的UGS值。2.夹断电压UP3.开启电压UTUT是增强型场效应管的重要参数。定义是当UDS一定时,漏极电流ID达到某一数值(例如10μA)时所需加的UGS值。第四章场效应管放大电路RGS是栅、源之间所加电压与产生的栅极电流之比。由于栅极几乎不索取电流,因此输入电阻很高。结型为107Ω以上,MOS管可达1010Ω以上。4.直流输入电阻RGS1.低频跨导gm常数DSUGSDmUIg跨导gm的单位是mA/V。它的值可由转移特性或输出特性求得。4.3.2交流参数第四章场效应管放大电路iD/mAiD/mAQOuGS/VUGSID(a)转移特性(b)输出特性uDS/VOIDQUGSuDS＝常数4-13根据场效应管的特性曲线求gm第四章场效应管放大电路2.极间电容场效应管三个电极之间的电容,包括CGS、CGD和CDS。这些极间电容愈小,则管子的高频性能愈好。一般为几个pF。第四章场效应管放大电路1.漏极最大允许耗散功率PDmPDm与ID、UDS有如下关系:DSDDmUIP这部分功率将转化为热能,使管子的温度升高。PDm决定于场效应管允许的最高温升。4.3.3极限参数第四章场效应管放大电路2.漏、源间击穿电压BUDS在场效应管输出特性曲线上,漏极电流ID急剧上升产生雪崩击穿时的UDS。工作时外加在漏、源之间的电压不得超过此值。4.3.3极限参数第四章场效应管放大电路结型场效应管正常工作时,栅、源之间的PN结处于反向偏置状态,若UGS过高,PN结将被击穿。MOS场效应管,由于栅极与沟道之间有一层很薄的二氧化硅绝缘层,当UGS过高时,可能将SiO2绝缘层击穿,使栅极与衬底发生短路。栅、源间发生击穿,MOS管立即被损坏。3.栅源间击穿电压BUGS第四章场效应管放大电路4.4场效应管的特点(1)场效应管是一种电压控制器件,即通过UGS来控制ID。(2)场效应管直流输入电阻和交流输入电阻都非常高。iDOuGS零温度系数工作点T3T2T1T1＞T2＞T3(3)场效应管热稳定性较好，而且存在零温度系数的工作点。图为同一场效应管在不同温度下的转移特性，几条特性曲线有一个交点，若放大电路中场效应管的栅极电压选在该点，则当温度改变时ID的值不变，该点称为零温度系数工作点。图4–14场效应管的零温度系数工作点第四章场效应管放大电路(4)漏极和源极可以互换使用。(5)场效应管的制造工艺简单,有利于大规模集成。(6)由于MOS场效应管输入电阻可高达1015Ω，因此,由外界静电感应所产生的电荷不易泄漏，这将在栅极上产生很高的电场强度，而栅极上的SiO2绝缘层又很薄，很有可能引起绝缘层击穿而损坏管子。•在存放时，应将各电极引线短接。•焊接时，要注意将电烙铁外壳接上可靠地线，或者在焊接时，将电烙铁与电源暂时脱离。第四章场效应管放大电路目前，一些MOS管子采用如所示的栅极保护电路，正常工作时，稳压管都截止，其上压降为零，对MOS管的工作无影响。当电压过高时，就会有一个稳压管击穿稳压，这样限制了UGS的增大，起到保护管子的作用。DSGRVD1VD2图4-15栅极过压保护电路第四章场效应管放大电路4.5场效应管放大电路为了保证场效应管能起正常的放大作用，同样也要预先给它设置合适的静态工作点。为了减少电源的种类，栅极的偏压一般都采用自给偏压的办法来供给。为了工作点稳定，有一个工作点稳定的电路。第四章场效应管放大电路下面以N沟道为例进行讨论。由于MOS管又分为耗尽型和增强型，故偏置电路也有所区别。结型场效应管只能工作在UGS0的区域。4.5.1静态工作点的设置由于场效应管种类较多，故采用的偏置电路，其电压极性必须考虑。第四章场效应管放大电路RSC1C2RD＋UDDRL＋－RGG＋CSDSUi·IDUo·图4–16自给偏压电路1.典型的自给偏压电路（共源极）各元件的作用4.5.1静态工作点的设置它适用于结型场效应管或耗尽型场效应管。它依靠漏极电流ID在RS上的电压降提供栅极偏压，即当有电流ID流过RS时，必然会在其上产生一个压降US，US()＝一IDRS而由于栅极不取电流，UG＝0，所以：UGS=UG一US=一IDRS可见，UGS是依靠场效应管自身的电流ID产生的，所以这种接法为自给偏压电路。静态工作点（ID、UGS、UDS，双极性的管子：IB、IC、UCE）工作原理场效应管放大电路静态工作点的求法我们知道场效应管ID是随UGS变化的，而现在UGS取决于ID的大小，怎样确定静态工作点ID和UGS的值呢?确定Q点的方法图解法计算法1.图解法静态工作点的求法（1）在场效应管的输出特性曲线上作出直流负载线②设:当UDS=0时,①由漏极回路写出方程)(SDDDDDSRRIUU其方法：当ID=0时,UDS=UDDiD/mAiD/mAACQDOOuGS/V5101520uDS/VBQ－3V－2.5V－2V－1.5V－1V－0.5VuGS＝0图4–17求自给偏压电路Q点的图解静态工作点的求法（2）(2)将直流负载线逐点转到uGS～iD坐标，得到对应直流负载线的转移特性曲线(3)再根据UGS=一IDRSUGS/ID=RS①ID=0时,UGS=0②一UGS/ID=RS连接这两点和转移特性曲线交于Q点，即是静态工作点第四章场效应管放大电路2.计算法21PGSDSSDUUII饱和漏极电流IDSS和夹断电压UP可由手册查出场效应管的ID和UGS之间的关系可用式近似表示(前面已说过)UGS=UG一US=一IDRS联立求解以上两式即可得到ID和UGS的数值。第四章场效应管放大电路)(SDDDDDSRRIUU设VUmAImARRUIVUDSDSDDDDDS1507.42.12150时，时，解：(1)写出输出回路的直流负载线方程【例1】电路如图（a）,场效应管为3DJG,其输出特性曲线如图(b)。试用图解法确定该放大器的静态工作点。第四章场效应管放大电路(2)在输出特性图上将上述两点相连得直流负载线图4-18图解法确定工作点(例1)第四章场效应管放大电路(3)在转移特性曲线上,作出UGS=-IDRS(直线方程)的曲线连接该两点,在uGS~iD坐标系中得一直线,此线与转移特性曲线的交点,即为Q点,对应Q点的值为:VUVUmAIDSGSD7,3,5.2由于上式是一条直线方程，因此在uGS~iD坐标系中,找出两点即可2.典型的分压式偏置的电路（共源极）RSC1C2RD＋UDDRL＋－R1CSUiR2RG＋－Uo该电路类似双极型工作稳定的电路，适合于所有类型的场效应管。为了不使分压电阻R1、R2对放大电路的输入电阻影响太大,故通过RG与栅极相连（由于RG上没有电流，所以没有压降），该电路栅、源电压为：（1）电路组成原理SDDDSGGSRIURRRUUU121图4-19分压式偏置的电路第四章场效应管放大电路①利用图解法求Q点时,此方程的直线不通过uGS~iD坐标系的原点,而是通过ID=0时,点,其它过程与自偏电路相同。DDGSURRRU121②利用计算法求解时,需联立解下面方程组22111PGSDSSDSDDDGSUUIIRIURRRU（2）静态工作点的分析方法第四章场效应管放大电路【例2】试计算图4－19的静态工作点。已知R1＝50K，R2=150KRG=1M，RD=RS=10K，UDD=20V，UP=—5V，IDSS=1mA。根据解：第四章场效应管放大电路将UGS代入ID式得第四章场效应管放大电路4.5.2场效应管的微变等效电路gm称为跨导由于场效应管输入端不取电流，输入电阻极大，故输入端可以视为开路。rD为输出电阻以上电路是如何得到的呢PGSPDSSmUUUIg12第四章场效应管放大电路场效应管的微变等效电路(,)1DSGSDSGSDGSDSDDDUGSUDSGSDSDmUGSDUDDSifuuiididuduuuiguiru求微分式定义场效应管仅存关系:(4-13)由于场效应管输入端可以视为开路,因此第四章场效应管放大电路如果用id、ugs、uds分别表示iD、uGS、uDS的变化部分,则式(4-13)可写为dsDgsmdurugi1PGSPDSSmUUUIg12PDSSmUIg20PGSmmUUgg10当UGS＝0时，用gm0表示gm第四章场效应管放大电路场效应管的微变等效电路通常rD的数值均为几百千欧的数量级，当负载电阻比rD小很多时，可认为rD开路。有了等效电路，我们就可用它计算场效应管放大电路的电压放大倍数Au、输入电阻ri和输出电阻ro。第四章场效应管放大电路RSC1C2RD＋UDDRL＋－R1CSUiR2RG＋－UoRG＋－gmUgsR1RDRLR2＋－UiUgsUoGSIdD共源极放大电路及微变等效电路第四章场效应管放大电路4.5.3共源极放大电路RG＋－gmUgsR1RDRLR2＋－UiUgsUoGSIdD图4–20共源极放大电路微变等效电路第四章场效应管放大电路1.电压放大倍数(Au)'LgsmoiouRUgUUUA式中,'',//LmiOuigsLDLRgUUAUURRR所以。而RG＋－gmUgsR1RDRLR2＋－UiUgsUoGSIdD第四章场效应管放大电路2.输入电阻ri21//RRRrGi3.输出电阻roDoRrRG＋－gmUgsR1RDRLR2＋－UiUgsUoGSIdD第四章场效应管放大电路4.5.4共漏放大器(源极输出器)共漏放大器第四章场效应管放大电路共漏放大器(源极输出器)1.电压放大倍数(Au)iouUUA式中,。而LSLRRR//'oigsogsiUUUUUU,所以')(LoimoRUUgU'LgsmoRUgU第四章场效应管放大电路整理后得''1LmiLmoRgURgU于是得''1LmLmuRgRgARSRL＋－RGUs＋－Uo′Rs＋－Ui＋(a)电路RSDRLRGUs＋－Ugs′Rs＋(b)等效电路gmUgs－Uo＋UDDGSRSDSRG＋－Ugs′Rs＋gmUgs－U2G(c)输出电阻的计算图4-21源极输出器第四章场效应管放大电路2.输入电阻riGiRr3.输出电阻ro22221URgUgRUISmmsgsmsUgRUI22令Us=0,并在输出端加一信号U2。SmsmoRgRgIUr//11122而Ugs=一U2,所以第四章场效应管放大电路【例3】计算如图电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。电路参数及管子参数如例2,且RL=1MΩ。RSC1C2RD＋UDDRL＋－R1CSUiR2RG＋－Uo第四章场效应管放大电路解:由例2已求得该电路的静态工作点,UGS=—1.1V,ID=0.61mA,则根据式得MkRRRrRgAVmAgGiLmum04.1103815050150501000//12.3100010100010312.0/312.0)51.11(51221'PGSPDSSmUUUIg12第四章场效应管放大电路【例4】计算图4-21(a)源极输出器的Au、ri、ro。(已知RG=5MΩ,RS=10kΩ,RL=10kΩ,场效应管gm=4mA/V)第四章场效应管放大电路解：由于gm已给出,所以可不计算直流状态。95.02120541541''LmLmuRgRgA式中。kRRRLSL5//'