第四章 场效应管(FET)及基本放大电路要点
更新时间:2023-09-15 09:27:01 阅读量: 资格考试认证 文档下载
第四章 场效应管(FET)及基本放大电路
§4.1 知识点归纳
一、场效应管(FET)原理
·FET分别为JFET和MOSFET两大类。每类都有两种沟道类型,而MOSFET又分为增强型和耗尽型(JFET属耗尽型),故共有6种类型FET(图4-1)。
·JFET和MOSFET内部结构有较大差别,但内部的沟道电流都是多子漂移电流。一般情况下,该电流与vGS、vDS都有关。
·沟道未夹断时,FET的D-S口等效为一个压控电阻(vGS控制电阻的大小),沟道全夹断时,沟道电流iD为零;沟道在靠近漏端局部断时称部分夹断,此时iD主要受控于vGS,而vDS影响较小。这就是FET放大偏置状态;部分夹断与未夹断的临界点为预夹断。
·在预夹断点,vGS与vDS满足预夹断方程:
耗尽型FET的预夹断方程:vDS?vGS?VP(VP——夹断电压) 增强型FET的预夹断方程:vDS?vGS?VT(VT——开启电压)
·各种类型的FET,偏置在放大区(沟道部分夹断)的条件由表4-4总结。
表4-4 FET放大偏置时vGS与vDS应满足的关系
极 性 N沟道管:正极性(VDS>0) P沟道管:负极性(VDS<0) 结型管: 反极性 增强型MOS管:同极性 耗尽型MOS管:双极型 放大区条件 VDS>VGS-VP(或VT)>0 VDS iD?IDSS(1?vGS2)VP(IDSS——零偏饱和漏电流) 耗尽型: 2增强型:iD?k(vGS?VT)* · FET输出特性曲线反映关系 iD?f(vDS)VGS参变量,该曲线将伏安平面分为可变电阻区 (沟道未夹断),放大区(沟道部分夹断)和截止区(沟道全夹断);FET转移特性曲线反映在放大区的关系iD?f(vGS)(此时参变量VDS影响很小),图4-17画出以漏极流向源极的沟道电流为参考方向的6种FET的转移特性曲线,这组曲线对表4-4是一个很好映证。 二、FET放大偏置电路 ·源极自给偏压电路(图4-18)。该电路仅适用于耗尽型FET。有一定稳Q的能力,求解该电路工作点的方法是解方程组: vGS2?) [对于增强型FET,用关系式 id?k(vGS?VT)2]?iD?IDSS(v?VP??v??RiSD?GS ·混合偏压电路(图4-20)。该电路能用于任何FET,在兼顾较大的工作电流时,稳Q 的效果更好。求解该电路工作点的方法是解方程组: ?平方律关系式?VCCR2?v??RsiDGS?R?R12? 以上两个偏置电路都不可能使FET全夹断,故应舍去方程解中使沟道全夹断的根。 三、FET小信号参数及模型 ·迭加在放大偏置工作点上的小信号间关系满足一个近似的线性模型(图4-22低频模 型,图4-23高频模型)。 gm??iD?vGSQ ·小信号模型中的跨导 gm反映信号vgs对信号电流id的控制。gm等于FET转移特性曲线上Q点的斜率。 gm的估算:耗尽管 gm?2IDSSID|VP| 增强管gm?2kID rds?·小信号模型中的漏极内阻 ?vDs?iDQ rds是FET“沟道长度调效应”的反映,rds等于FET输出特性曲线Q点处的斜率的倒 数。 四、基本组态FET小信号放大器指标 1.基本知识 ·FET有共源(CS)共漏(CD)和共栅(CG)三组放大组态。 ·CS和CD组态从栅极输入信号,其输入电阻Ri由外电路偏置电阻决定,Ri可以很大。 ·CS放大器在其工作点电流和负载电阻与一个CE放大器相同时,因其gm较小,|AV|可能较小,但其功率增益仍可能很大。 ·CD组态又称源极输出器,其AV?1。在三种FET组态中,CD组态输入电阻很大,而输出电阻较小,因此带能力较强。 ·由于FET的电压电流为平方关系,其非线性程度较BJT的指数关系弱。因此,FET放大器的小信号线性条件对vGS幅度限制会远大于BJT线性放大时对vbe的限制(vbe?5mV)。 2.CS、CD和CG组态小信号指标 由表4-6归纳总结。 表4-6 FET基本组态放大器小结 简 化 交 流 通 路 CS组态 CD组态 CG组态 AV ?gmrds//R?L 大,反相放大器 gmrds//R?L1?gmrds//R?L 小于1,同相放大器 ?gmR?L( 条件:rds??R?L) 大,同相放大器 R?1L?rds?1?gmR?gmLRi? ∞,很大 ∞,很大 ,较小 1gm(条件:rds??R?L??) ?Ro AI 类似 rds ,较大 决定于RG ,AI>>1 CE放大器 rds//11?gmgm,较小 >rds ,最大 AI<1 CB放大器 决定于RG ,AI>>1 CC放大器 §4.2 习题解答 4-1 图P4-1中的FET各工作在什么区? (a) VP=-3V (b) VP=-5V (c) VP=4V 图P 4-1 (a)这是N-JFET。VGS?VP,?沟道全夹断,FET处于截止区。 VDS ? VGS?VP(b)这是N-JFET。区。 0?VGS?VP,(6V) (1V),?沟道部分夹断,FET处于放大 VDS ?VGS?VP(c)这是P-JFET。VGS?0,(?8V) (?4V),?FET偏置在放大区。 4-2 若某P沟道JFET的IDSS=-6mA,VP=4V。画出该管的输出特性曲线;指出电阻区和恒流区以及它们的分界线(即预夹断轨迹)。 [解] 由原方律公式先画转移特性 VViD?IDSS(1?GS)2??6(1?GS)2VP4 图P4-2-1 转移特性曲线 图P4-2-2 输出特性曲线 4-3 一支P沟道耗尽型MOSFET的IDSS=—6mA VP=4V,另一支P沟道增强型MOSFET的VT=-4V.。试分别画出它们的输出特性曲线,标明电阻区和恒流区以及它们的分界线(即预夹断轨迹)。 [解] 曲线分别如图P4-3-1和P4-3-2所示。 图P4-3-1 图P4-3-2 4-5 设图P4-5中JFET的IDSS的绝对值都等于4mA,且沟道部分夹断,求输出端的直流电压VO 。 (a)V0?4?10??6V(b)V0?4V(c)V0?4V(d)V0??4?10?6V 图P4-5 4-6 设图P4-6中的MOSFET的VT,VP均为1V,问它们各工作于什么区? 图P4-6 VGS?VPVDS ?VGS?VP(a)N沟道耗尽型MOSFET,VP??1V,(2V)?工作于放大区。 ,且(6V) (3V),
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