基本放大电路—场效应管

静态电路

三电阻电路的静态分析

• mosfet共源极电路

图示为一个增强型 MOSFET，2N7000 的放大电路，为共源极电路。其信号耦合电路与双极型晶体管电路一样

静态电路包括电源、晶体管和三个电阻 R2、R3、R1。已知 2N7000 的 UGSTH=2V，K=0.0502A/V2 ，求解静态工作点。

• JFET共源极电路

已知 2N4393 的 UGSOFF 为-1.45V，IDSS 为 19.7mA，求解电路静态。

四电阻电路的静态分析

• mosfet共源极电路

• 实例

图中 是 P 沟道 MOSFET，其关键参数为：UGSTH=-3.695V，K 约为-2.2A/V2

当确定上方分压电阻为 100kΩ，求两个电路中要求晶体管工作于恒流区，下方电阻的取值范围。由此看哪个电路的稳定性好？

左侧图：

​ 当R3 越大，会导致 UGSQ的绝对值越小，导致晶体管无法导通到临界值（S点电压高于G点电压，G点电压升高，自然就会导致前面说的情况）。

​ R3 越小，会导致晶体管越来越导通，直到它由恒流区进入可变电阻区

​

​ 𝑅3_𝑚in约为 80kΩ。

至此可以知道，右图的 4 电阻静态电路，分压电阻的取值范围更大了，也就更容易设置，其稳定性也就高了许多。

微变等效模型

1. 跨导

   

图2.1 转移特性

​ 在给定的一个 $U_{GSQ}$ 处，转移特性的横轴上发生$ΔU_{GS}$ 的变化量，一定会引起纵轴上产生 $Δi_D$的变化量

$$g_m = \lim\limits_{ΔU_{GS}\to 0}\frac{Δi_D}{ΔU_{GS}}$$

​ $𝑔_m$称之为跨导，为 Q 点处转移特性曲线的切线斜率。可以看出，随着 Q 点的上移，其切线斜率上升，跨导会变大：同样的 $ΔU_{GS}$的变化，会带来更大的$Δi_D$。

图2.2 FET微变等效模型

• 对 JFET 而言，有下式成立：

$$i_d = I_{DSS}(1-\frac{U_{GS}}{U_{GSOFF}})^2$$ $$g_m = \frac{di_D}{dU_{GS}} = -\frac{2}{U_{GSOFF}}I_{DSS}(1-\frac{U_{GS}}{U_{GSOFF}})= -\frac{2}{U_{GSOFF}}\sqrt{I_{DSS}\times I_{DQ}}$$

• 对 MOSFET 而言，有下式成立：

$$i_D = K(U_{GS}-U_{GSTH})^2$$ $$g_m = \frac{di_D}{dU_{GS}} = 2K(U_{GS}-U_{GSTH}) = 2\sqrt{k \times I_{DQ}}$$

放大电路动态分析

共源极放大电路

图3.1 JFET共源极放大电路

• 跨导

  $$g_m = -\frac{2}{U_{GSOFF}}\sqrt{I_{DSS}\times I_{DQ}} = 14.54mS$$

• 动态

  

图3.2 JFET共源动态等效电路

​ S 为西门子，1S=1A/V=1/Ω。

$$A_u = \frac{u_o}{u_i}=\frac{-g_mu_{gs}R_1//R_4}{u_{gs}}=-7.26$$ $$r_i=R_3=1MΩ$$ $$r_o=R_1=1kΩ$$

​ 此电路实现了反相放大，显然比双极型晶体管的电压放大能力要弱。但是，其输入电阻取决于 R3，可以由用户设计选择，一般可以大于1MΩ。这是双极型晶体管电路无法实现的。

​ C2作用：R2在动态过程中，会影响放大倍数，所以使用C2去除其在动态电路中的影响

共漏极放大电路

图3.3 MOSFET 构成的源极跟随器电路

​ 已知 2N7000 关键指标为：UGSTH=2V，K=0.0502A/$V^2$

$$i = i_r -i_d = \frac{u}{R_S}+g_mu$$ $$r_o = \frac{u}{i} = 27.9Ω$$

​ 这个电路，具有很大的输入电阻(300.7kΩ)，很小的输出电阻(27.9Ω)，接近 1 的电压放大倍数(0.9457)，叫源极跟随器，也称为共漏极放大电路，常用于两级电路的阻抗匹配。

共栅极放大电路

图3.4 MOSFET 构成的共栅极电路

• 静态求解

  

• 动态求解