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場效應(yīng)晶體管放大電路

發(fā)布時間:2011/10/18 15:19:32 訪問次數(shù):4028

     1.場效應(yīng)晶體管放大電路的特點和工作流程
    場效應(yīng)晶體管與晶體管一樣,也具有放大作用,如圖3-22所示。但它與普通晶體管是電流控制型器件相反,場效應(yīng)晶體管是電壓控制型器件。它具有輸入阻抗高、噪聲低的特點。

                
    對場效應(yīng)晶體管放大電路進行識圖前,應(yīng)首先了解其工作流程,場效應(yīng)晶體管的3個電極,即柵極、源極和漏極分別相當(dāng)于晶體管的基極、發(fā)射極和集電極,由其構(gòu)成的放大電路可分為三種,即共源、共漏和共柵極放大器,如圖3-23所示為場效應(yīng)晶體管三種組態(tài)電路。CD2003
    圖3-23 (a)所示是共源放大器,它相當(dāng)于三極管中的共射極放大器,是一種最常用電路。圖3-23 (b)是共漏放大器,相當(dāng)于三極管共集電極放大器,輸入信號從漏極與柵極之間輸入,輸出信號從源極與漏極之間輸出,這種電路又稱為源極輸出器或源極跟隨器。圖3-23 (c)是共柵放大器,它相當(dāng)于三極管共基極放大器,輸入信號從柵極與源極之間輸入,輸出信號從漏極與柵極之間輸出。這種放大器的高頻特性比較好。

             


    2.場效應(yīng)晶體管放大電路的結(jié)構(gòu)組成
    圖3-24所示為一個典型的場效應(yīng)晶體管放大電路,由圖可知,該電路中的核心器件就是就是場效應(yīng)晶體管。在場效應(yīng)晶體管的漏極和源極之間加上一定的電壓UD并串接一個電阻器RD,那么調(diào)整或改變UGS,就可以改變毛的大小,進而改變輸出電壓UDS,實現(xiàn)電壓放大。

                 
    通過上述可知,場效應(yīng)晶體管在電路中起到了電壓的放大作用,在對場效應(yīng)晶體管放大電路進行識圖時,應(yīng)從其關(guān)鍵元器件入手,再分析其工作條件,從而完成對場效應(yīng)晶體管放大電路的識圖過程。常用的結(jié)型場效應(yīng)晶體管可分為N溝道和P溝道兩種,如圖3-25所示。

          
    結(jié)型場效應(yīng)晶體管的工作原理如圖3-26所示。圖3-26(a)所示,當(dāng)G、S間不加反向電壓時(即UGS=0),耗盡層<圖中陰影部分)的寬度窄,導(dǎo)電溝道寬,溝道電阻小,ID電流大;圖3-26 (b)中,當(dāng)G、S間加負電壓時,PN結(jié)的寬度增加,而電流變小,導(dǎo)電溝道寬度減小,溝道電阻增大;圖3-26 (c)中,當(dāng)G、S間負向電壓進一步增加時,耗盡層寬度進一步加寬,兩邊耗盡層合攏(稱夾斷),沒有導(dǎo)電溝道,電流ID為0,溝道電阻很大。我們把導(dǎo)電溝道剛被夾斷的UGS值稱為夾斷電壓,用UP表示?梢娊Y(jié)型場效應(yīng)晶體管在某種意義上是一個用電壓控制的可變電阻器。

        

    3.場效應(yīng)晶體管的偏置方式
    通過上面的結(jié)構(gòu)我們可以看出,場效應(yīng)晶體管放大電路的功能為改變偏置電壓,控制其輸出。結(jié)型場效應(yīng)晶體管的偏置方式有三種,即固定式偏置電路、自給偏壓共源放大電路和分壓式自偏壓電路。CD4541BM96
    (1)固定式偏置電路
    在場效應(yīng)晶體管放大器中,有時需要外加?xùn)艠O直流偏置電源,這種方式被稱為固定式偏置電路,如圖3-27所示。

                    
    圖中Cl和C2分別是輸入端耦合電容器和輸出端耦合電容器。+Vcc通過漏極負載電阻器R2加到VT管漏極,VT管源極接地。-Vcc是柵極專周偏置直流電源,為負極性電源,它通過柵極偏置電阻器R1加到VT1管柵極,使柵極電壓低于源極電壓,這樣就建立了VT管正常偏置電壓。
    電路中,輸入信號U1經(jīng)Cl耦合至場效應(yīng)晶體管VT的柵極,與原來的柵極負偏壓疊加。場效應(yīng)晶體管受到柵極的作用,使其漏極電流厶相應(yīng)變化,并在負載電阻器R2上產(chǎn)生壓降,經(jīng)C2隔離直流后輸出,在輸出端即得到放大了的信號電壓Uo。如與U同相,U與U反相。
    固定式偏置電路的優(yōu)點是VT工作點可以任意選擇,不受其他因素的制約,也充分利用了漏極直流電源+Vcc,所以可以用于低壓供電放大器,缺點是需要兩個直流電源。
    (2)  自給偏壓共源放大電路
    圖3-28所示為典型的自給偏壓共源放大電路,在該電路中Cl和C2分別是輸入、輸出耦合電容器,起通交流隔直流的作用;Ucc為漏極直流電壓源,為放大電路提供能源;RD是漏極電阻器,它能把漏極電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓,以便輸出信號電壓;Rs是源極電阻,其作用是產(chǎn)生一個源極到地的電壓降,以提供源極偏壓建立靜態(tài)偏置,同時具有電流負反饋的作用;Cs是源極旁路電容器,給源極交流信號一條通路,以免交流信號在Rs上產(chǎn)生負反饋。

                 
    “自給偏壓”指的是由場效應(yīng)晶體管自身的電流產(chǎn)生的偏置電壓。由于N溝道結(jié)型場效龐晶體管正常工作時,柵極、源極之間需要加一個負偏置電壓。這一點與三極管的發(fā)射結(jié)需要正偏置電壓是相反的。為了使柵極、源極之間獲得所需負偏壓,設(shè)置了自生偏壓電阻器Rs。當(dāng)源極電流流過Rs時,將會在Rs兩端產(chǎn)生上正下負的電壓降Us。由于柵極通過RG接地,所以柵極為零電位。這樣,Rs產(chǎn)生的US就能使柵極、源極之間獲得所需的負壓UGS,這就是自給偏壓共源放大電路原理。
    由于場效應(yīng)晶體管的漏極電流較大時,具有溫度上升漏極電流就減小的特點,因而熱穩(wěn)定性好,故在源極僅需設(shè)置自偏壓電路就十分穩(wěn)定了。
    (3)分壓式自偏壓電路
    圖3-29所示為分壓式自偏壓電路又稱柵極接正電位偏置電路,它是自給偏壓共源放大電路的基礎(chǔ)上,加上分壓電阻器Rf1和Rf2構(gòu)成的。

                    
    電源VDD.輸入耦合電容器C1、輸出耦合電容器C2、漏極電阻器Rd、源極電阻器Rs、源極旁路電容器Ca的作用均與自給偏壓共源放大電路相同。Rf1和Rf2是分壓偏置電阻器,Rfl與Rf2的接點通過大電阻器Rf與柵極相連。由于柵極絕緣無電流,所以Rf1與Rf2的分壓點A與柵極同電位。由于該電路既有“分壓偏置”又有“自給偏置”,所以又稱為組合偏費電路。這種偏置電路既可用于耗盡型場效應(yīng)晶體管,又可用于增強型場效應(yīng)晶體管。


 


 

     1.場效應(yīng)晶體管放大電路的特點和工作流程
    場效應(yīng)晶體管與晶體管一樣,也具有放大作用,如圖3-22所示。但它與普通晶體管是電流控制型器件相反,場效應(yīng)晶體管是電壓控制型器件。它具有輸入阻抗高、噪聲低的特點。

                
    對場效應(yīng)晶體管放大電路進行識圖前,應(yīng)首先了解其工作流程,場效應(yīng)晶體管的3個電極,即柵極、源極和漏極分別相當(dāng)于晶體管的基極、發(fā)射極和集電極,由其構(gòu)成的放大電路可分為三種,即共源、共漏和共柵極放大器,如圖3-23所示為場效應(yīng)晶體管三種組態(tài)電路。CD2003
    圖3-23 (a)所示是共源放大器,它相當(dāng)于三極管中的共射極放大器,是一種最常用電路。圖3-23 (b)是共漏放大器,相當(dāng)于三極管共集電極放大器,輸入信號從漏極與柵極之間輸入,輸出信號從源極與漏極之間輸出,這種電路又稱為源極輸出器或源極跟隨器。圖3-23 (c)是共柵放大器,它相當(dāng)于三極管共基極放大器,輸入信號從柵極與源極之間輸入,輸出信號從漏極與柵極之間輸出。這種放大器的高頻特性比較好。

             


    2.場效應(yīng)晶體管放大電路的結(jié)構(gòu)組成
    圖3-24所示為一個典型的場效應(yīng)晶體管放大電路,由圖可知,該電路中的核心器件就是就是場效應(yīng)晶體管。在場效應(yīng)晶體管的漏極和源極之間加上一定的電壓UD并串接一個電阻器RD,那么調(diào)整或改變UGS,就可以改變毛的大小,進而改變輸出電壓UDS,實現(xiàn)電壓放大。

                 
    通過上述可知,場效應(yīng)晶體管在電路中起到了電壓的放大作用,在對場效應(yīng)晶體管放大電路進行識圖時,應(yīng)從其關(guān)鍵元器件入手,再分析其工作條件,從而完成對場效應(yīng)晶體管放大電路的識圖過程。常用的結(jié)型場效應(yīng)晶體管可分為N溝道和P溝道兩種,如圖3-25所示。

          
    結(jié)型場效應(yīng)晶體管的工作原理如圖3-26所示。圖3-26(a)所示,當(dāng)G、S間不加反向電壓時(即UGS=0),耗盡層<圖中陰影部分)的寬度窄,導(dǎo)電溝道寬,溝道電阻小,ID電流大;圖3-26 (b)中,當(dāng)G、S間加負電壓時,PN結(jié)的寬度增加,而電流變小,導(dǎo)電溝道寬度減小,溝道電阻增大;圖3-26 (c)中,當(dāng)G、S間負向電壓進一步增加時,耗盡層寬度進一步加寬,兩邊耗盡層合攏(稱夾斷),沒有導(dǎo)電溝道,電流ID為0,溝道電阻很大。我們把導(dǎo)電溝道剛被夾斷的UGS值稱為夾斷電壓,用UP表示?梢娊Y(jié)型場效應(yīng)晶體管在某種意義上是一個用電壓控制的可變電阻器。

        

    3.場效應(yīng)晶體管的偏置方式
    通過上面的結(jié)構(gòu)我們可以看出,場效應(yīng)晶體管放大電路的功能為改變偏置電壓,控制其輸出。結(jié)型場效應(yīng)晶體管的偏置方式有三種,即固定式偏置電路、自給偏壓共源放大電路和分壓式自偏壓電路。CD4541BM96
    (1)固定式偏置電路
    在場效應(yīng)晶體管放大器中,有時需要外加?xùn)艠O直流偏置電源,這種方式被稱為固定式偏置電路,如圖3-27所示。

                    
    圖中Cl和C2分別是輸入端耦合電容器和輸出端耦合電容器。+Vcc通過漏極負載電阻器R2加到VT管漏極,VT管源極接地。-Vcc是柵極專周偏置直流電源,為負極性電源,它通過柵極偏置電阻器R1加到VT1管柵極,使柵極電壓低于源極電壓,這樣就建立了VT管正常偏置電壓。
    電路中,輸入信號U1經(jīng)Cl耦合至場效應(yīng)晶體管VT的柵極,與原來的柵極負偏壓疊加。場效應(yīng)晶體管受到柵極的作用,使其漏極電流厶相應(yīng)變化,并在負載電阻器R2上產(chǎn)生壓降,經(jīng)C2隔離直流后輸出,在輸出端即得到放大了的信號電壓Uo。如與U同相,U與U反相。
    固定式偏置電路的優(yōu)點是VT工作點可以任意選擇,不受其他因素的制約,也充分利用了漏極直流電源+Vcc,所以可以用于低壓供電放大器,缺點是需要兩個直流電源。
    (2)  自給偏壓共源放大電路
    圖3-28所示為典型的自給偏壓共源放大電路,在該電路中Cl和C2分別是輸入、輸出耦合電容器,起通交流隔直流的作用;Ucc為漏極直流電壓源,為放大電路提供能源;RD是漏極電阻器,它能把漏極電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓员爿敵鲂盘栯妷;Rs是源極電阻,其作用是產(chǎn)生一個源極到地的電壓降,以提供源極偏壓建立靜態(tài)偏置,同時具有電流負反饋的作用;Cs是源極旁路電容器,給源極交流信號一條通路,以免交流信號在Rs上產(chǎn)生負反饋。

                 
    “自給偏壓”指的是由場效應(yīng)晶體管自身的電流產(chǎn)生的偏置電壓。由于N溝道結(jié)型場效龐晶體管正常工作時,柵極、源極之間需要加一個負偏置電壓。這一點與三極管的發(fā)射結(jié)需要正偏置電壓是相反的。為了使柵極、源極之間獲得所需負偏壓,設(shè)置了自生偏壓電阻器Rs。當(dāng)源極電流流過Rs時,將會在Rs兩端產(chǎn)生上正下負的電壓降Us。由于柵極通過RG接地,所以柵極為零電位。這樣,Rs產(chǎn)生的US就能使柵極、源極之間獲得所需的負壓UGS,這就是自給偏壓共源放大電路原理。
    由于場效應(yīng)晶體管的漏極電流較大時,具有溫度上升漏極電流就減小的特點,因而熱穩(wěn)定性好,故在源極僅需設(shè)置自偏壓電路就十分穩(wěn)定了。
    (3)分壓式自偏壓電路
    圖3-29所示為分壓式自偏壓電路又稱柵極接正電位偏置電路,它是自給偏壓共源放大電路的基礎(chǔ)上,加上分壓電阻器Rf1和Rf2構(gòu)成的。

                    
    電源VDD.輸入耦合電容器C1、輸出耦合電容器C2、漏極電阻器Rd、源極電阻器Rs、源極旁路電容器Ca的作用均與自給偏壓共源放大電路相同。Rf1和Rf2是分壓偏置電阻器,Rfl與Rf2的接點通過大電阻器Rf與柵極相連。由于柵極絕緣無電流,所以Rf1與Rf2的分壓點A與柵極同電位。由于該電路既有“分壓偏置”又有“自給偏置”,所以又稱為組合偏費電路。這種偏置電路既可用于耗盡型場效應(yīng)晶體管,又可用于增強型場效應(yīng)晶體管。


 


 

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