16-1场效应管放大电路的静态分析
电路与模拟电子技术原理第7章2场效应管放大课件.ppt
应记住场效应管是一种电压控制器件，栅 极只需要偏压，不需要偏流（IG＝0），所 以漏极电流恒等于源极电流（iD＝iS）。
利用这个特性，再结合基尔霍夫定律和场 效应管伏安特性关系方程即可求解。
利用场效应管工作在恒流区时，漏极电流iD 受栅源电压uGS控制的特性，也可以构成场 效应管放大电路。
14:29:07
2
7.3 场效应管放大电路
7.3.1 场效应管放大电路的工作原理 7.3.2 场效应管放大电路的组成 7.3.3 场效应管放大电路的近似估算
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3
7.3.1 场效应管放大电路的工作原理
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24
场效应管电路静态分析思路（续）
假设其工作于某个特定区域，并求解 此状态下的G-S回路和D-S回路方程，
如果所得到的结果符合假设区域的偏 置条件，说明我们的假设正确；
否则说明我们的假设不正确，应作出 新的假设。
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25
场效应管静态分析步骤
首先确定场效应管工作状态，步骤如下：
(1)假设FET工作于截止区，则
ID＝0，IG＝0 在此前提下计算UGS，验证
UGS＜UP 是否成立。如果成立，则说明FET处于截
止区。否则进行第二步。
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26
场效应管静态分析步骤（续）
(2)假设FET工作于恒流区，则
IG＝0
2
ID
I
DSS
1
U GS UP
在此前提下计算UGS，验证
UGS＝－IDRs＝0(V) 不满足UGS＜UP的条件，说明FET不能工 作于截止区。
放大电路基础(3)-场效应管放大电路
1.3 分压式自偏压电路
VGSQ = VG − VS
= Rg2 Rg1 + Rg2 VDD − I DQ R
模拟电子技术第四讲(3)
计算Q点： 已知VP，由
VGSQ = Rg2 Rg1 + Rg2 VDD − IDQR
Rd Rg1 C1 + vi Rg2
_
+ VDD C2 +
vo
d g
T
s
VP 可解出Q点的VGSQ 、 IDQ
vo = g m vgs ( R // RL )
得
vo g m ( R // RL ) Av = = vi 1 + g m ( R // RL )
vS -
Rg3 Rg2
C2 + vo R -
RL
画交流小信号等效电路
g
≈1
（2）输入电阻
RS
+
+
vi
-
Rg3
v gs
—
+
d
g mv gs
+
Ri ≈ Rg3 + ( Rg1 // Rg2 )
模拟电子线路第四讲(3) 放大电路基础之三
—场效应管放大电路
内容纲要
1 放大电路的静态分析 1 FET FET 放大电路的静态分析
2 放大电路的动态分析 2 FET FET 放大电路的动态分析
课本参考章节：5.2，5.3
模拟电子技术第四讲(3)
1 FET放大电路的静态分析
场效应管栅-源极间输入电阻很大，通常可达107~1015Ω， 故可以认为栅-源极间开路，栅极电流Ig≈0。
VSQ = I DQ Rs
栅-源电压 VGSQ = VGQ − VSQ = 增强型MOS管的 伏安方程
场效应晶体管放大电路的分析方法
VDD
R g1
Rd
VT + C2
C1 +
U i Rg2
R
RL
+
Uo
CS
VDD
Rd
VT
+ C2
C1 +
U i RG2
R
RL
+
Uo
CS
图02.05.02 分压偏置
图02.05.03 自给偏压
HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法
2006.06
图02.05.04是N沟道FET的转移特性曲线，对于图(a)耗尽
对图02.05.07的放大电路可根据下列方程式进行图解
iD f (uGS)
uGS iDR
ID
Q
UGS (off)
O
UGSQ
I DSS
IDQ
UGS
直线方程 uGS =- iDR 与输入特性曲线的交点即 是工作点Q。
由工作点Q，即可确 定UGSQ 和IDQ。
图02.05.07 在输入特性曲线上图解
HIT基础电子技术电子教案----场效应晶体管放大电路的分析方法
型FET应偏置在负栅区，对于图(b)增强型FET应偏置在正栅
区。N沟道耗尽型FET放大电路，可采用分压偏置外，也可采
用自给偏压。采用自给偏压时，Rg2中无电流，所以UG=0。在 负栅区因IDSS＞0，故US＞0，于是UGS=UG-US = - ID R，可满 足负偏压的要求。对于增强型管，因UGS=0时，ID=0 ，故不能 采用自给偏压。
Rs Us
U i
如果放大电路采用增强型场效应管，则栅源电压
VDD
R g1
Rd
场效应管放大电路的静态分析
场效应管放大电路的静态分析 根据偏置电路形式，场效应管放大电路的直流通路分为自给偏压电路和分压式偏置电路。
一、自给偏压电路 用N沟道结型场效应管组成的自给偏压电路如图Z0217所示。
自给偏压原理：在正常工作范围内，场效应管的栅极几乎不取电流，IG= 0，所以，UG = 0，当有IS = ID流过RS时，必然会产生一个电压US＝ISRS＝IDRS，从而有 UGS = UG- US= - IDRS 依靠场效应管自身的电流ID 产生了栅极所需的负偏压，故称为自给偏压。
为了减小RS对放大倍数的影响，在RS 两端并联了一个旁路电容Cs。
估算静态工作点,由图Z0217所示电路的直流通路可得： UGS = UG- US= - IDRSGS0223 UDS = ED - ID（RS + Rd）GS0224 结型场效应管的转移特性可近似表示为： 式中IDSS为饱和漏电流，VP为夹断电压。
放大电路分析方法、图解法分析放大电路
放⼤电路分析⽅法、图解法分析放⼤电路放⼤电路分析⽅法、图解法分析放⼤电路⼀、本⽂介绍的定义⼆、放⼤电路分析⽅法三、图解法⼀、本⽂介绍的定义放⼤电路分析、图解法、微变等效电路法、静态分析、动态分析、直流通路、交流通路、单管共射放⼤电路的直流和交流通路、静态⼯作点、图解法分析静态、直流负载线、交流负载线、电压放⼤倍数公式、交直流并存状态、电压放⼤作⽤、倒相作⽤、⾮线性失真、截⽌失真、饱和失真、最⼤输出幅度、电路参数对静态⼯作点的影响、⼆、放⼤电路分析⽅法放⼤电路分析：放⼤电路主要器件如双极型三极管、场效应管，特性曲线是⾮线性的，对放⼤电路定量分析，需要处理⾮线性问题，常⽤⽅法，图解法和微变等效电路法。
图解法：在放⼤管特性曲线上⽤作图的⽅法对放⼤电路求解。
微变等效电路法：将⾮线性问题转化成线性问题，也就是，在较⼩变化范围内，近似认为特性曲线是线性的，导出放⼤器件等效电路和微变等效参数，利⽤线性电路适⽤的定律定理对放⼤电路求解。
静态分析：讨论对象是直流成分，分析未加输⼊信号时，电路中各处的直流电压、直流电流。
动态分析：讨论对象是交流成分，加上交流输⼊信号，估算动态技术指标，电压放⼤倍数、输⼊电阻、输出电阻、通频带、最⼤输出功率。
直流通路：电容所在路视为开路；电感所在路视为短路。
交流通路：电容容抗为1/(wC)，电容值⾜够⼤，电容所在路视为短路；电感感抗为wL；理想直流电压源Vcc视为短路(因为电压恒定不变)；理想电流源，视为开路(因为电流变化量为0) 。
单管共射放⼤电路的直流和交流通路：如下图，直流通路，将隔直电容开路；交流通路，将隔直电容短路，直流电源Vcc短路。
静态⼯作点：三极管基极回路和集电极回路存在着直流电流和直流电压，这些电流电压在三极管输⼊输出特性曲线上对应⼀个点，称为静态⼯作点，静态⼯作点的基极电流Ibq、基极与发射极之间的电压Ubeq、集电极电流Icq、集电极与发射极电压Uceq。
三、图解法图解法分析静态：⽤作图的⽅法分析放⼤电路静态⼯作点。
第5章场效应管放大电路分析
如果接有外负载RL
Rg1
Rd d Vo
g sb
RL
Vi Rg2
Rg3 R
AV gm (Rd // RL )
Ri Rg3 Rg1 // Rg 2
g
Vi
Rg3 gmVgs R’g
d Rd Vo RL
Ro Rd
s R’g=Rg1//Rg2
27
源极电阻上无并联电容:
AV
Vo Vi
Vgs
gmVgs Rd gmVgs R
10
(2) 转移特性曲线 iD= f (vGS)|vDS= 常数
表征栅源电压vGS对漏极电流的控制作用， 场效应管是电压控制器件。
在饱和区内，FET可看
作压控电流源。
IDSS
转移特性方程：
iD=IDSS(1-vGS/VP)2
vGS VP- 0.8 – vG
0.4
S
11
（3）主要参数
夹断电压：VP 当导电沟道刚好完全被关闭时，栅源所对应的电
s
gd
N+ PN+
18
3 、特性曲线
4区：击穿
区
3区
截止区
vGS<V
T
vGD<V
T
VT
1区：可变电阻区: vGS>VT vGD>VT 沟道呈电阻性，iD随vDS
的增大而线性增大。
iD=0 2区：恒流区(线性放大区）
vGS>VT vGD<VT iD=IDO｛(vGS/VT)-1｝2 IDO是vGS=2VT时，iD的值。
VT R
g
m
(VT
)
VT R
VT
(gm
1) R
场效应管基本放大电路高级教学
gm
2 U GS (th)
I DO I DQ
RG g
d
•
gm U gs
•
•
Ui
U gs
Rd
•
UO
2 10 2.5 2.5mA/V _ 4
_S
_
•
Au gmRd 2.5 3 7.5
Ro Rd 3K
精编课件
31
３、基本共漏放大电路的动态分析
（１）、估算静态工作点：
+VDD
ＶＧＧ＝ＵＧＳＱ＋ＩＤＱＲＳ
精编课件
38
四、布置作业
１、Ｐ１４３ ２.１６
UGS(th)=2V IDO=4mA代替图(b)
２、预习：２. ７ ２．８
精编课件
39
精编课件
40
Ro
Rs
//
1 gm
交流等效电路
RG
g
•
U
gs
S
_
•
•
Ui
gm U gs
Rs
•
UO
_
d
_
•
Rg
_
•
UO
IO
g
S
•
I RS
•
gm UO
Rs
d
•
UO
_
精编课件
35
例2.6.2
解：（１）、首先求出gm：
+VDD
gm
2 U GS (th)
I DO I DQ
2
Rg
T
u1_
Rs
VGG
u
_
O
8 2.5 2.98mS
uO
_
G u gs
id D
场效应管放大电路
场效应管放大电路场效应管放大电路与双极型晶体管放大电路类似，也有与之对应的三种基本组态：共源（共射）、共漏（共集）和共栅极（共基极）。
1.直流偏置及静态分析场效应管放大电路有两种常用的直流偏置方式：自给偏压和分压式偏置。
由于耗尽型（包括结型）管子在时就有漏极电流，利用这一电流在源极电阻上产生的电压给管子供应直流偏置，因此自给偏压仅适合于耗尽型管子。
分压式偏置方式，利用分压电阻供应的栅极直流电位和源极电阻上产生的直流压降共同建立栅源间极的直流偏置。
调整分压比可以使偏置电压为正或为负，使用敏捷，适合于各种场效应管。
场效应管放大电路的静态分析有图解法和解析法两种。
图解法与双极型晶体管放大电路的图解法类似，读者可对比学习。
解析法是依据直流偏置电路分别列出输入、输出回路电压电流关系式，并与场效应管工作在恒流区（放大区）漏极电流和的关系联立求解获得静态工作点。
2.动态分析场效应管放大电路的动态分析也有图解法和微变等效电路法两种。
它与双极型晶体管放大电路的分析法类似，读者可对比学习。
在双极型晶体管放大电路动态分析中，通常给出了管子的β值，而在场效应管放大电路分析中则需要利用解析法计算跨导gm。
例如耗尽型管子的由下式求得：上式表明gm与IDQ有关，IDQ越大，gm也就越大。
3.三种基本放大电路的特点场效应管放大电路的组态判别与双极型晶体管放大电路类似此处不再赘述。
三种基本放大电路的性能特点如表1所示。
表1 场效应管三种基本放大电路的性能特点共源极共漏极共栅极输入电阻大大小输出电阻较大小较大电压放大倍数大小于等于1大uo与ui的相位关系反相同相同相。
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场效应管放大电路的偏置和静态分析
场效应管分类
N沟道
P沟道
增强型耗尽型
N沟道
P沟道
N沟道（耗尽型）
FET 场效应管
JFET
结型
MOSFET
绝缘栅型
(IGFET)
P沟道
无加偏置电压时，
没有导电沟道
没有加偏置电压
时，就有导电沟
道存在
u DS
i D
0可变电阻区0123
456
0123－1－2－3－3－4－5－6－7－8－9
结型
P 沟耗尽型MOSP 沟
－3－4－5－60－1－20123－1－2－33
456789结型
N 沟耗尽型增强型MOSN 沟
U GS
/V
U GS /V
i D
u GS
U GSoff
(a )I DSS I D0U GSth
结型P 沟耗尽型P 沟
增强型P 沟MOS
耗尽型N 沟增强型N 沟
MOS 结型N 沟增强型
(b)输出特性
P 沟道
N 沟道
2
GS(off)
GS D )
1(U u I i DSS -=场效应管特性
转移特性
输出特性
2
GS(off)
GS D )
1(-=U u I i DO
场效应管特点和优势
★电压控制器件，三极管是电流控制器件。
★输入电阻极高。
★单极型(多数载流子)器件，受温度影响少。
★使用灵活，制造工艺简单。
场效应管放大电路组成原则
（1）静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应
管的偏置电路设计相对简单。
（2）动态：能将交流信号从信号源传输到负载。
d
s g + _
v i + v o _
R d R L d s g
+ _ v i + v o _
R d R L
d s g + _
v i +
_ R d R L
(a) 共源极放大电路 (b) 共漏极放大电路 (c) 共栅极放大电路
场效应管偏置电路的要求
①栅极只需要偏压，不需要偏流
②注意各类FET的偏置极性区别
③采用偏置稳定电路
FET的偏置电路分为固定偏置电路、自给偏压电路和分压式自偏压电路三种。
场效应管放大电路的静态分析可以采用图解法和估算法。
+V DD
R D
C2
+
C1
+ u i -R G
R L
+
u o
-V GG
T
1、固定偏置电路
T ：控制元件（N沟道耗尽型MOS管）
V DD 、V
GG
：直流电源
C 1、C
2
：耦合电容，隔直通交
R D ：将变化的电流转化为变化的电压
场效应管放大电路的静态分析
为保证T工作是恒流区，必须满足U
GS 为负；
U
DS 始终为正，且U
DG
>|U
P
|
1、固定偏置电路
当N 沟道耗尽MOS 管工作在恒流区时，i D 的近似表达式为:
得方程组：
2GS D GS(off)
(1)GS GG DSS DS
DD D D U V U I I U U V I R
⎧=-⎪
⎪=-
⎨⎪
⎪=-⎩解得静态工作点Q （U GSQ ，U DSQ ，I DQ ）
由于栅极的直流偏置电压是一个固定值（U GS ＝-V GG ），所以称为固定偏压式电路。
2
GS D GS(off)(1)
DSS u i I U =-+V DD R D
C 2+
C 1
+u i -
R
G
R L
+u o -V GG
T
2、自给偏压电路
+V DD
R D
C2
+
C1
+ u i -R G
R L
+
u o
-
R S C S
R
G
：其上没有电流，因此使得静态时
栅极电位U
G
=0
R S：当I D流过R S时产生压降I D R S ，使得静态时
源极电位U
S
=I D R S
栅源偏置电压
U GS=U G–U S= –I D Rs
形成
偏置电压是由FET的自身电流I
DSS
产生的，所以称为自给偏压
2、自给偏压电路
+V DD
R D
C2
+
C 1
+ u i -R G
R L
+
u o
-
R S C S
2
1
()
GS D s
GS
D DSS
P
DS DD D D S
U I R
U
I I
U
U V I R R
=-
⎧
⎪
⎛⎫
⎨
=-
⎪
⎪
⎝⎭
⎩
=-+
解得静态工作点
Q（U GSQ，U DSQ，I DQ）
T I D U GS I D
稳定静态
工作点
耗尽型FET管可采用这种形式的偏置电路
+-
C 1
R D +
C 2
+V DD
U i .G
R G2
R S
C S
D
S
I D
-
U o
.R G3
R G1
+-C 1R D
+C 2+V DD
U i
.G
R G2R S
C S
D
S I D
-U o .R G1
3、分压式自偏压电路
3、分压式自偏压电路
+-
C 1
R D
+C 2
+V DD U i .S
C S
D S I D
-
U o .
G3
R G1
R D +V DD
G
R G2
R S D
S I D R G3偏置电压可正可负，适用于所有类型的场效应管
2
12212
G G DD
G G S D s G DD
GS
G S D s
G G R U V R R U I R R V U U U I R R R =+==-=-+
3、分压式自偏压电路
R D
+V DD
G
R G2
R S
D S
I D
R G3R G1
21221()
G DD GS D s G G GS D
DSS P DS DD D D S R V U I R R R U I I U U V I R R ⎧
=-⎪+⎪⎨⎛⎫
⎪=- ⎪⎪⎝⎭⎩
=-+解得静态工作点Q （U GSQ ，U DSQ ，I DQ ）。