場效應管放大電路特點解析

對應三極管的共射、共集及共基放大電路，場效應管放大電路也有共源、共漏和共柵三種基本組態。下面以JFET組成的共源極放大電路為例，介紹場效應管放大電路的工作原理。

1.自偏壓電路

自偏壓電路如圖3-10所示。在圖中，場效應管柵極通過柵極電阻RG接地，源極通過源極電阻RS接地。這種偏置方式利用JFET(或耗盡型MOS管)在柵源電壓uGS=0時，漏極電流iD≠0的特點，以漏極電流在源極電阻RS上的直流壓降，給柵源之間提供反向偏置電壓。也就是說，在靜態時，源極電位uS=iDRS，由于柵極電流為0，RG上沒有壓降，柵極電位uG=0，所以柵源之間的偏置電壓為

uGS=uG-uS=-iDRS

要說明的是，自偏壓方式不能用于由增強型MOS管組成的放大電路。因為增強型MOS管

只有當uGS達到UT時才有iD產生。

對于圖3-10電路的靜態工作點，可以利用式(3-1)和式(3-3)求聯立方程，即

ID=IDSS(1-UGS/UP)2(3-4

)UGS=-IDRS(3-5)

求得ID和UGS之后，則有

UDS=VDD-ID(RD+RS)(3-6)

例3-1電路如圖3-10所示，已知IDSS=0.5mA，UP=-1V，試確定電路的靜態工作點。

解:根據上面分析得到的公式有

ID=0.5(1+UGS)2

UGS=-2ID

將UGS表達式代入ID表達式中，得

ID=0.5(1-2ID)2

解方程得

ID=(0.75±0.56)mA

而IDSS=0.5mA，ID不應大于IDSS，所以

IDQ=0.19mA

UGSQ=0.38V

UDSQ=11.9

2.分壓式自偏壓電路

雖然自偏壓電路比較簡單，但是當靜態工作點確定后，uGS和iD就確定了，因而RS選擇的范圍很小。分壓式自偏壓電路是在圖3-10電路的基礎上加接分壓電阻后組成的，如圖3-11所示。漏極電源VDD經分壓電阻RG1和RG2分壓后，通過RG3供給柵極電壓，uG=RG2VDD/(RG1+RG2);同時漏極電流在源極電阻RS上也產生壓降，uS=iDRS。因此，靜態時加在JFET上的柵源電壓為

uGS=uG-u

=VDDRG2/(RG1+RG2)-iDRS(3-7)

同樣可根據式(3-1)和(3-7)求聯立方程，即

ID=IDSS(1-UGS/UP)2

UGS=VDDRG2/(RG1+RG2)-IDRS

從而求出ID和UGS，并求出

UDS=VDD-ID(RD+RS)

得出電路的靜態工作點。

3、場效應管放大電路的動態分析

圖3-10自偏壓電路可以用圖3-12的交流等效電路來表示，圖中RL為放大電路外加的負載電阻。從圖中不難求出電壓放大倍數Au、Ri和Ro三個性能參數。

1.電壓放大倍數Au

由圖3-12可得出

Au=uo/ui=(-idR′L)/ugs=-(gmugsR′L)/ugs

即

Au=-gmR′L(3-8)

其中，R′L=RD∥RL。

式(3-8)表明，JFET共源放大電路的電壓放大倍數Au與跨導gm成正比，且輸出電壓與輸入電壓反相。

2.輸入電阻Ri和輸出電阻Ro

由圖3-12可得

Ri≈RG(3-9)

Ro≈RD(3-10)

可見，共源放大電路的輸入電阻Ri主要由偏置電阻RG決定，而輸出電阻Ro則由漏極電阻RD決定。

場效應管放大電路的優缺點

優點

(1)輸入電阻大。用普通三極管做成放大電路，共射電路的輸入電阻約幾KΩ，(我們一般稱之為10^3級)，共集電極電路的輸入電阻也只能做到幾十K歐到一百多K歐(10^5級)，而使用結型場效應管(JFET)就可做到輸入電阻10^6級，使用MOS管能做到10^8級以上。

(2)溫度穩定性好，由于場效應管里沒有漂移電流，基本不受溫度變化的影響。

缺點:

(1)放大倍數小，一級放大只能做到幾倍(可能不到10倍)，(2)輸入端由于靜電感應容易產生擊穿。

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