模擬電路學(xué)習(xí)筆記

前言

本筆記將從第二章——場(chǎng)效應(yīng)管與三極管開(kāi)始稳诚,默認(rèn)讀者具有一定PN結(jié)和二極管知識(shí)朦前。

本筆記最大目的是服務(wù)自己裂七,也希望能幫到點(diǎn)進(jìn)來(lái)的唬格、有困惑的你家破。

2022-10-13



2.1 場(chǎng)效應(yīng)晶體管

Field Effect Transistor,F(xiàn)ET购岗,包含JEFT(結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管)/IGFET(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)

只有一種載流子參與工作汰聋,又稱為單極性晶體管。


2.2 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

2.2.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)

P型半導(dǎo)體的參雜濃度高于N型喊积,形成PN結(jié)烹困。

P型半導(dǎo)體兩端引出到一個(gè)電極,即Gate柵極

中間的溝道乾吻,下面是Source源極髓梅,上面是Drain漏極

(根據(jù)名字可以聯(lián)想到一副畫(huà)面,P型半導(dǎo)體構(gòu)成兩個(gè)柵欄绎签,中間是一條N溝道枯饿,由源級(jí)流向漏極)

2.2.2 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的電路符號(hào)

N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,箭頭表示PN極正向偏置時(shí)柵極電流方向


P溝道的诡必,不多贅述

2.2.3 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理

(1)UGS對(duì)溝道的控制作用

a. 當(dāng)VGS=0奢方,導(dǎo)電溝道最寬,iD最大

b. 當(dāng)VGS負(fù)向增大時(shí)爸舒,PN結(jié)反偏蟋字,耗盡層變寬,導(dǎo)電溝道變窄碳抄,溝道電阻增大愉老,iD減小。

c. 當(dāng)VGS負(fù)向增大到一定值時(shí)剖效,溝道會(huì)完全合攏嫉入,iD幾乎為0焰盗。

此時(shí)的VGS成為VGS(off)——夾斷電壓。


(2)UDS對(duì)溝道的控制作用

a. 當(dāng)UDS=0時(shí)咒林,iD=0熬拒。

b. 當(dāng)UDS正向增大,iD增大垫竞。但由于VD增大澎粟,VG、VS不變,靠近漏極的PN結(jié)反偏電壓增大蒋譬,所以靠近漏極處的耗盡層加寬钝荡,溝道變窄,呈楔形分布

c. 當(dāng)UDS繼續(xù)正向增大啸盏,使UGD=UGS-UDS=UGS(off)時(shí),在靠近漏極處夾斷——預(yù)夾斷骑祟。

此時(shí)iD達(dá)到最大值回懦。

d. 當(dāng)UDS再繼續(xù)正向增大,預(yù)夾斷點(diǎn)下移次企。溝道電阻增大怯晕,增加的壓降幾乎都加到了溝道電阻上,iD幾乎不變缸棵。

預(yù)夾斷點(diǎn)下移舟茶,溝道電阻增大

2.2.4 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的大信號(hào)分析(特性曲線)

特性曲線,是描述各級(jí)電流與極間電壓關(guān)系的曲線(i-U)蛉谜,通常研究輸出特性曲線(i入-U入)和輸入特性曲線(i出-U出)

在結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管中稚晚,由于VGS一般都一直加反向電壓,PN結(jié)反向偏置型诚,從而iG幾乎等于0客燕。

所以選擇研究轉(zhuǎn)移特性曲線(i出-U入)和輸出特性曲線(i出-U出)。

在結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管中狰贯,轉(zhuǎn)移特性曲線為

輸出特性曲線為

2.2.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線:

分析:a. UGS=0時(shí)也搓,iD最大,取為IDSS涵紊。當(dāng)UGS反向增大傍妒,iD逐漸減小,當(dāng)UGS反向增大至UGS(off)時(shí)摸柄,iD=0颤练。

? ? ? ? ? ?b. 當(dāng)UDS增大時(shí),iD增大驱负,曲線上移嗦玖。但是UGS(off)不變患雇。(UGS(off)應(yīng)該是二極管的特性值)

2.2.4.2 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線:


根據(jù)上文的JEFT工作原理分析,可得輸出特性曲線的圖像如上宇挫。


2.2.4.2.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線的區(qū)域分析:

a. 恒流區(qū):iD幾乎不變苛吱,只受UGS控制(電壓控制的電流源)

? ? ? ? ? ? ? ? 且

? ? ? ? ? ? ? ?另,可以根據(jù)輸出特性曲線畫(huà)出轉(zhuǎn)移特性曲線器瘪,

在恒流區(qū)翠储,取UDS為某一定值,可繪出對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性曲線橡疼。

如果UDS取在了可變電阻區(qū)援所,轉(zhuǎn)移特性曲線會(huì)下移。越靠近原點(diǎn)欣除,曲線越低任斋。

所以只有恒流區(qū)的iD和UGS才滿足上述關(guān)系式。即無(wú)論VDS為何值耻涛,只呈現(xiàn)出唯一轉(zhuǎn)移特性曲線。

b. 可變電阻區(qū):

直流電阻和交流等效電阻均很小瘟檩,VDS也接近于0抹缕,可將漏源之間看作短路。

c. 截止區(qū):

UGS<UGSoff墨辛,輸出電流iD幾乎為0卓研,可將漏源之間看作開(kāi)路。

d. 擊穿區(qū):

VDS過(guò)大了睹簇,一般不用奏赘。



2.3 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管

2.3.1?絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(IGEFT)?

利用半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)效應(yīng)進(jìn)行工作,最常用的是金屬氧化物半導(dǎo)體MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET)

優(yōu)點(diǎn):iG更小了太惠;制造工藝簡(jiǎn)單磨淌;熱穩(wěn)定性好

2.3.2 MOSFET分類

1)N溝道和P溝道

2)增強(qiáng)型和耗盡型

2.3.3 MOSFET 結(jié)構(gòu)圖

N溝道增強(qiáng)型MOSFET-立體圖,W為管子寬度凿渊、L為N溝道之間的長(zhǎng)度
N溝道增強(qiáng)型MOSFET-剖面圖


N溝道增強(qiáng)型MOSFET-電路符號(hào)

N溝道的參雜濃度高梁只。

從N溝道引出源極和漏極(同JEFT)

箭頭代表外P內(nèi)N,所以電流向里流埃脏。


2.3.4 MOSFET工作原理搪锣。

2.3.4.1 UGS對(duì)溝道的控制

(即轉(zhuǎn)移特性曲線)(以N溝道增強(qiáng)型MOSFET為例)

a. 當(dāng)UGS=0時(shí),漏源之間相當(dāng)于兩個(gè)背靠背的二極管彩掐,即使有UDS构舟,也不會(huì)形成電流iD。

b. 當(dāng)UGS>0時(shí)堵幽,gb方向產(chǎn)生一個(gè)縱向電場(chǎng)狗超,將多子空穴向下排斥弹澎、少子電子向上吸引,形成一個(gè)耗盡層抡谐。

c. 當(dāng)UGS繼續(xù)正向增大裁奇,直至≥UGS(th),形成導(dǎo)電溝道麦撵。此時(shí)若UDS>0刽肠,則可形成電流iD。

從而可以繪制出轉(zhuǎn)移特性曲線(iD-UGS)


2.3.4.2?UDS對(duì)溝道的控制

(即輸出特性曲線)(以N溝道增強(qiáng)型MOSFET為例)

a. 當(dāng)UDS=0免胃,iD=0

b. 當(dāng)UDS正向增大音五,iD增大

c. 當(dāng)UDS增大到UDS=UGS-UGS(th)時(shí),由于UG羔沙、US不變躺涝,UD增大,所以靠近漏極的溝道會(huì)出現(xiàn)預(yù)夾斷扼雏。

d. 當(dāng)UDS繼續(xù)增大坚嗜,預(yù)夾斷點(diǎn)左移,溝道電阻增大诗充,同JEFT有:增加的壓降幾乎都加到了溝道電阻上苍蔬,所以iD幾乎不變。

e. 當(dāng)增大UGS蝴蜓,溝道寬度增大碟绑,iD增大;當(dāng)減小UGS茎匠,溝道寬度減小格仲,iD減小诵冒;

從而可以繪制出輸出特性曲線

2.3.4.2.1 輸出特性曲線的區(qū)域分析:

a. 恒流區(qū)(UGD<UGSth):iD幾乎不變凯肋,只受UGS控制(電壓控制的電流源)



溝道調(diào)制效應(yīng)

由于漏端夾斷區(qū)寬度增加,造成實(shí)際溝道長(zhǎng)度減衅觥(即溝道電阻減蟹窆),而溝道兩端的電壓不變惭蟋,使得電流增大苗桂。

設(shè)溝道調(diào)制系數(shù)為λ,λ=1/UA告组,UA為厄爾利電壓煤伟。

λ越小,厄爾利電壓越大,曲線越平坦便锨,恒流源特性越明顯围辙。


考慮溝道調(diào)制效應(yīng)后,恒流區(qū)的方程為:

一般UA很大放案,λ很小姚建,所以忽略λ影響后的方程為:(需要掌握)

前面的μ、C為常數(shù)吱殉,W掸冤、L在MOSFET立體圖中有提到,是管子的寬度和兩個(gè)N溝道之間的長(zhǎng)度友雳。



b. 可變電阻區(qū):

可變電阻區(qū)的轉(zhuǎn)移特性曲線會(huì)受到UGS的影響稿湿,呈現(xiàn)出不同曲線(同JEFT)

其方程為:(不需要掌握)

c. 截止區(qū): UGS<UGS(th)


2.3.4.3 N溝道耗盡型MOSFET:

在柵極下方的SiO2層中摻入了大量的金屬正離子。當(dāng)UGS=0時(shí)押赊,這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出了反型層饺藤,形成了溝道。

N-DMOSFET結(jié)構(gòu)圖


N-DMOSFET電路符號(hào)流礁,注意中間是實(shí)線表示溝道已連通
特性分析


轉(zhuǎn)移特性曲線涕俗,與JEFT非常類似
轉(zhuǎn)移特性曲線方程,與JEFT&N-EMOSFET都很類似


ID0其實(shí)就是IDSS(JEFT)

2.4 場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)

2.4.1. 柵極直流輸入電阻RGS:

場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻RGS很高

輸入電阻大其實(shí)更好

2.4.2. 交流參數(shù)

(1)跨導(dǎo)gm:

反映輸入電壓UGS對(duì)輸出電流ID的控制作用

當(dāng)ΔUGS很小時(shí)神帅,gm近似為該點(diǎn)切線斜率

a. 對(duì)JEFT和N-DMOSFET

轉(zhuǎn)移特性曲線方程
gm的推導(dǎo)咽袜,確定了工作點(diǎn)Q后,gm已知


(2)輸出交流電阻rds


rds=ΔUDS/ΔiD

通過(guò)相似枕稀,可化為rds=(|UA|+UDSQ)/IDQ

因?yàn)閨UA|>>UDSQ,所以rds=|UA|/IDQ

輸出端可等效為一個(gè)受控電流源并聯(lián)一個(gè)輸出電阻(為啥是并聯(lián)谜嫉,因?yàn)殡娏髟创?lián)電阻會(huì)使該電阻無(wú)意義N馈)

rds一般非常大


2.4.3 極限參數(shù)

(1) 漏源擊穿電壓:U(BR)DS,一般在20~50V

(2)柵源擊穿電壓:U(BR)GS

(3)最大功耗:PDM=iD*uDS

虛線往上的都超過(guò)了最大功耗沐兰,容易造成溫度升高



2.5 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路基礎(chǔ)

2.5.1 前言:

2.5.1.1 生活中的信號(hào)

通常是交流信號(hào)哆档,電路中的信號(hào)通常取正弦信號(hào)。

(由于傅里葉變換住闯,任何周期函數(shù)都可以通過(guò)正弦函數(shù)疊加得到)

2.5.1.2 對(duì)電路參數(shù)符號(hào)的規(guī)定:

2.5.1.3 直流通路和交流通路:

a. 直流通路:只考慮直流電源作用下瓜浸,直流電流流經(jīng)的通路(交流電壓短路、電感短路比原、電容開(kāi)路)

場(chǎng)效應(yīng)管直流通路

b. 交流通路:

只考慮交流信號(hào)插佛,電容的容抗一般很小,直流電源的交流內(nèi)阻也很小量窘,所以直流電壓對(duì)地短路雇寇、電容短路、電感斷路

場(chǎng)效應(yīng)管交流通路

注意左側(cè)電路圖電線交叉處沒(méi)有打點(diǎn)的地方代表沒(méi)有相連!

2.5.1.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的作用:

使場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)入恒流區(qū)工作

是放大電路工作的基礎(chǔ)(1.提供放大信號(hào)的能量來(lái)源 2.使管子進(jìn)入恒流區(qū)工作)

(假設(shè)沒(méi)有UDD锨侯,將UDD接地嫩海,則柵源電壓為0,管子截止囚痴。此時(shí)即使加入交流小信號(hào)ui叁怪,也無(wú)法使管子導(dǎo)通(因?yàn)閡i很小)深滚,從而無(wú)法產(chǎn)生輸出電流iD和輸出電壓uo)


2.5.2 放大原理分析:

場(chǎng)效應(yīng)管放大電路


a. ui=0奕谭,各點(diǎn)電壓電流恒定。(加圈的UDD等價(jià)于直流電源UDD和地相連)

(此時(shí)為靜態(tài)工作點(diǎn))

此時(shí)通過(guò)UDD成箫,以及各處電阻展箱,使得UGS>UGSth,UDS>UDSoff蹬昌,即管子進(jìn)入恒流區(qū)混驰。

b. ui≠0時(shí),UGS=UGSQ+ui皂贩,再通過(guò)C2隔直通交栖榨,將交流電壓ui輸出,輸出的uo比ui大明刷。

即達(dá)到了放大ui的目的婴栽。


各級(jí)電壓曲線

從圖中可見(jiàn),輸出電壓uo比ui大(uo與ui反相是因?yàn)楸材瑄DS=UDD-iD*RD, 所以u(píng)DS與iD反相愚争,uo是uDS的交流成分,所以也反向)

放大的基本原則:

1. 提供合適的直流電源挤聘,設(shè)置合適的工作點(diǎn)(否則會(huì)無(wú)法產(chǎn)生合適的波形轰枝、造成失真,后面會(huì)講)

2. 輸入信號(hào)作用在g-s回路(只有輸入電壓g-s才能在恒流區(qū)控制輸出電流iD)

3. 設(shè)置合理的信號(hào)通路(電容設(shè)置合理组去,才能在交流通路中視作短路)


2.6 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析

2.6.1 放大狀態(tài)下的直流偏置電路

1) 保證場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)鞍陨;

2) 偏置下的工作點(diǎn)在環(huán)境溫度變化時(shí),也要保持在恒流區(qū)

2.6.1.2 常用的兩種偏置電路

1)自給偏壓式

a. 剛開(kāi)始工作時(shí)从隆,UGS=0诚撵。(所以只適合JEFT和N-DMOSFET)

b. 電路存在負(fù)反饋機(jī)制,保持電路Q點(diǎn)的恒定键闺。

解析:當(dāng)IDQ增加寿烟,ISQ也增加,從而USQ增加辛燥,UGSQ負(fù)向增大韧衣,根據(jù)iD與UGS的曲線可知盅藻,IDQ會(huì)下降。

2)混合偏壓式

分壓式偏置(通過(guò)調(diào)節(jié)RG1和RG2以及UD的值畅铭,使管子進(jìn)入放大偏置狀態(tài))氏淑。三種場(chǎng)效應(yīng)管都適用。分壓式偏置也有負(fù)反饋的優(yōu)點(diǎn)硕噩。

2.6.2 靜態(tài)工作點(diǎn)的求解(IDQ假残、UGSQ、UDSQ)

1)解析法

第一個(gè)式子:因?yàn)閕G=0 所以UG就是R2的分壓

第二個(gè)式子:ISQ就是輸出電流IDQ

第三個(gè)式子:UGSQ和IDQ都未知炉擅,因此還需要再聯(lián)立一個(gè)方程(該方程需要記憶;岳痢)

值得注意的是,最終可能求解出兩個(gè)IDQ的值谍失,因此需要再算出UGSQ的值眶俩,舍去|UGSQ|>|UGSoff|的值

最終,UDSQ=UDD-IDQ(RD+RS)


2)圖解法:

a. 自給分壓式:

首先列出iD-UGS的方程:

然后做出iD-UGS的圖線:

交點(diǎn)即為靜態(tài)工作點(diǎn)Q

(N-EMOSFET無(wú)交點(diǎn)說(shuō)明其不適用于自給分壓式偏置電路)

b. 混合偏置式:

同理快鱼,列方程聯(lián)立得交點(diǎn)颠印。(當(dāng)斜率過(guò)大,N-DMOSFET會(huì)不適用)

c. 輸出特性曲線下的圖解法

首先抹竹,求出iD-UDS的直流負(fù)載方程:

然后线罕,在輸出特性曲線上作出該方程的直線

交點(diǎn)由UGSQ進(jìn)一步確定

直流工作狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)分析:

a. 若R1增大,則直流負(fù)載線無(wú)變化窃判,但UGS分壓減小钞楼,所以輸出特性曲線下移,Q點(diǎn)沿直流負(fù)載線下移袄琳。若R1減小询件,UGS分壓增大,Q點(diǎn)沿直流負(fù)載線上移唆樊。R2與R1同理但是影響相反宛琅。

b. 若RD增大,則直流負(fù)載線與縱軸的交點(diǎn)下移窗轩,即Q點(diǎn)沿輸出特性曲線左移。

若RD減小座咆,則則直流負(fù)載線與縱軸的交點(diǎn)上移痢艺,即Q點(diǎn)沿輸出特性曲線右移。

RS與RD同理且影響相同介陶。



2.7 場(chǎng)效應(yīng)管工作狀態(tài)的判斷方法:

1)判斷是否進(jìn)入截止區(qū)

a. UDD<UGSth堤舒,則管子截止,UGS=UDD=UDS

b. UDD>=UGSth哺呜,則管子導(dǎo)通

2)判斷進(jìn)入恒流區(qū)or可變電阻區(qū):

假設(shè)法:假設(shè)進(jìn)入恒流區(qū)舌缤,則有如下方程

聯(lián)立可得UGS、iD,進(jìn)而可得UDS国撵,最后可解出UGD

a. 若UGD<UGSth陵吸,則靠近漏極處的溝道夾斷,處于恒流區(qū)

a. 若UGD>=UGSth介牙,則靠近漏極處的溝道沒(méi)有夾斷壮虫,處于可變電阻區(qū)



2.8 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的交流圖解分析

前言:靜態(tài)分析與動(dòng)態(tài)分析:

交流圖解分析:

交流電路圖,UGS在UGSQ的基礎(chǔ)上又疊加了ugs

2.8.1 轉(zhuǎn)移特性曲線解析

iD-uGS圖像环础,在Q點(diǎn)的基礎(chǔ)上加了一個(gè)交流小信號(hào)ugs

由于ugs足夠小囚似,所以Q點(diǎn)曲線近似線性。因此iD也輸出一個(gè)正弦的小交流電流线得。


2.8.2 輸出特性曲線解析


由于饶唤,此時(shí)UDS會(huì)有交流信號(hào)增加(uDS=UDSQ+uds),所以直流負(fù)載線需要改化成交流負(fù)載線了贯钩。

根據(jù)交流通路有募狂,

場(chǎng)效應(yīng)管交流通路
由交流通路可得


轉(zhuǎn)化后可得交流負(fù)載方程


標(biāo)準(zhǔn)寫(xiě)法

交流負(fù)載線(iD-uDS)特點(diǎn):

1. 經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)

2. 斜率 k = -1/RL'



疊加交流信號(hào)后

2.8.3 交流放大電路特點(diǎn):

1. 疊加交流信號(hào)后,場(chǎng)效應(yīng)管各極電流方向魏保、極間電壓極性與靜態(tài)工作時(shí)相同熬尺。

2. 放大器的輸出與輸入信號(hào)反相。

3. 直流量保證了交流量的不失真谓罗。



2.9 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)范圍和線性失真:

Q點(diǎn)需要設(shè)置在恒流區(qū)的中點(diǎn)以保證不引起波形失真粱哼。

2.9.1 非線性失真

1)如果Q點(diǎn)設(shè)置過(guò)低——截止失真

轉(zhuǎn)移特性曲線

可見(jiàn),uGS可能會(huì)導(dǎo)致管子截止檩咱,從而iD在下半周出現(xiàn)“削底”的現(xiàn)象揭措。


從而uDS在上半周出現(xiàn)“胖頂”的現(xiàn)象。


2)如果Q點(diǎn)設(shè)置過(guò)高——可變電阻區(qū)失真

飽和失真

當(dāng)Q點(diǎn)過(guò)高刻蚯,動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)會(huì)進(jìn)入可變電阻區(qū)绊含。在可變電阻區(qū)里,gm較小炊汹,也就是即使變化較大的ugs躬充,iD的變化會(huì)很小,輸出電流iD出現(xiàn)“胖頂”讨便,相應(yīng)的輸出電壓出現(xiàn)“削底”現(xiàn)象(底部限幅)充甚。


總結(jié),非線性失真:當(dāng)輸入某一頻率的正弦信號(hào)霸褒,輸出波形中除基波Im伴找,還有一定數(shù)量的諧波(頻率與基波不同),則該失真為非線性失真废菱。它是由于放大電路中的非線性器件引起(場(chǎng)效應(yīng)管就是一種非線性器件)

剛才的截止失真和飽和失真都屬于非線性失真技矮。

由于削底/胖頂抖誉,輸出了頻率不同的諧波

2.9.2 放大電路的輸出范圍:

1)受截止失真限制,其最大不失真輸出電壓的幅度為



截止失真 | 最大不失真輸出電壓的幅度

2)受可變電阻區(qū)失真限制衰倦,其最大不失真輸出電壓的幅度為


可變電阻區(qū)失真 |?最大不失真輸出電壓的幅度 | UDS臨界是可變電阻區(qū)和恒流區(qū)的臨界電壓值

3)其中較小的即為放大器最大不失真電壓的幅度袒炉,而輸出動(dòng)態(tài)范圍為該幅度的兩倍,即


4)為了增大輸出動(dòng)態(tài)范圍耿币,最好把Q點(diǎn)設(shè)在恒流區(qū)的中點(diǎn)梳杏。


2.9.3 消除失真的方法

1)消除截止失真——上移Q點(diǎn)

a. 增大UGS——減小RG1或增大RG2


2)消除可變電阻區(qū)失真——降低Q點(diǎn):

a. 減小UGS——增大RG1或減小RG2

b. 增大交流負(fù)載線斜率——減小RD或RS



2.10 其他類型的JEFT和MOSEFT擴(kuò)展


轉(zhuǎn)移特性曲線對(duì)比


輸出特性曲線對(duì)比


JEFT的P-N對(duì)比及工作狀態(tài)區(qū)的電壓分析

不難發(fā)現(xiàn),P溝道的圖像與N溝道的圖像關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱淹接!所以優(yōu)先記好N溝道的圖像

且十性,截止區(qū):UGS夾斷;

可變電阻區(qū):UGS導(dǎo)通&UDS導(dǎo)通塑悼;

恒流區(qū):UGS導(dǎo)通&UDS夾斷


E-MOSEFT的P-N對(duì)比及工作狀態(tài)區(qū)的電壓分析

同上同上~~



2.11 場(chǎng)效應(yīng)管的交流小信號(hào)模型

由于交流小信號(hào)時(shí)劲适,iD與ugs、iD與uds厢蒜,均成線性關(guān)系霞势,所以可以用線性網(wǎng)絡(luò)來(lái)模擬。

已知iD在大信號(hào)狀態(tài)下的電流方程為:

考慮到交流小信號(hào)狀態(tài)下的微變關(guān)系,而對(duì)上式兩邊求導(dǎo)得

要記

從而,

在場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)一節(jié)中講到了

gm反映了輸入電壓對(duì)輸出電流的控制能力


λ是1/厄爾利電壓

gds反映了輸出電壓對(duì)輸出電流的控制能力



因此可以畫(huà)出場(chǎng)效應(yīng)管的交流小信號(hào)等效模型:

基本方程
等效電路

分析:gmugs代表的是受控電流源创南,gdsuds代表的是阻值為1/gds的電阻。

它們的區(qū)別主要在于固以,ugs沒(méi)有直接作用于輸出回路,而是通過(guò)受控電流源間接地控制iD嘱巾。

而uds直接連接到輸出回路上了憨琳,所以直接用電阻來(lái)反映其對(duì)iD的控制即可。



2.12 等效電路法分析場(chǎng)效應(yīng)管共源放大電路

2.12.1 等效電路法分析的基本步驟:

1. 根據(jù)直流通路計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)

2. 確定放大器交流通路旬昭、交流等效電路

3. 計(jì)算放大器的各項(xiàng)交流指標(biāo)

2.12.2 放大電路的分類

1)共源


2)共漏

3)共柵

2.12.3 共源放大電路

2.12.3.1 共源放大電路的等效電路圖分析

a. 靜態(tài)工作點(diǎn)分析:前面有

b. 畫(huà)交流通路

去掉直流電源篙螟、電容,管子照寫(xiě)

注意區(qū)分漏極電阻和源極電阻

c. 交流小信號(hào)等效電路

將場(chǎng)效應(yīng)管替換為等效模型
注意是低頻情況问拘,高頻則場(chǎng)效應(yīng)管左側(cè)不能按開(kāi)路處理

2.12.3.2 共源放大電路的交流指標(biāo)分析

2.12.3.2.1. 電壓放大倍數(shù)

注意是有效值遍略,如果取交流值則時(shí)刻都在變化,不好


RL‘是rds與RD與RL的并聯(lián)骤坐。一般rds比較大绪杏,可以作開(kāi)路處理,所以RL‘就是RD與RL的并聯(lián)或油。

負(fù)號(hào)體現(xiàn)出輸出電壓與輸入電流的反相寞忿。

單位dB

2.12.3.2.2. 輸入電阻Ri

a. 定義:從放大器輸入端看進(jìn)去的電阻

b. 計(jì)算:Ri=Ui/Ii=RG3+(RG1||RG2)驰唬,

c. 意義:RI表征為放大器從信號(hào)源獲得信號(hào)的能力顶岸,所以Ri越大越好

交流電路的戴維南等效電路

d. 測(cè)量:

再加一個(gè)已知電阻R腔彰,測(cè)出Ui和Ui'即可

2.12.3.2.3. 輸出電阻Ro

a. 定義:從放大器輸出端看進(jìn)去的電阻

b. 計(jì)算

輸入電壓源短路或 輸出電流源開(kāi)路
rds很大

c. 意義:是一個(gè)表征放大器的帶負(fù)載能力


戴維南等效電路


2.12.3.3 帶源極電阻的共源放大電路

Ui多了一項(xiàng)

可見(jiàn),加入源極電阻辖佣,電壓放大倍數(shù)下降了霹抛,輸入電阻、輸出電阻沒(méi)有影響卷谈。

但是杯拐,引入源極電阻的好處是,有負(fù)反饋了世蔗。(后面講)



2.12.4 共漏放大電路


2.12.4.1 共漏放大電路的等效電路圖分析

a. 直流通路:不再分析

b. 畫(huà)交流通路

c. 畫(huà)交流等效電路

忽略了rs

2.12.4.2 交流指標(biāo)分析:

1))電壓放大倍數(shù):

Uo與Ui接近——跟隨器

2)輸入電阻Ri

3)輸出電阻Ro


端逼、

右圖是Ui短路后的等效電路,但是此時(shí)Ugs≠0污淋,因此受控電流源保留顶滩。

進(jìn)一步分析有


Ro'是受控電流源端電阻

因此Ro挺小的(幾百歐姆),共源的有幾千歐姆

因此這是共漏電路的一大優(yōu)點(diǎn)寸爆,使得輸出電壓穩(wěn)定礁鲁,通常放到輸出端口的最后一極,提高帶負(fù)載能力赁豆。


2.12.5 共柵放大電路

a. 畫(huà)直流通路

b. 畫(huà)交流通路

c. 畫(huà)交流等效電路

由于UGS反向仅醇,所以iD也反向了

2.12.5.2 交流參數(shù)分析

1)電壓放大倍數(shù)

2) 輸入電阻

3)輸出電阻

共柵放大電路的缺點(diǎn)是輸入電阻較小、優(yōu)點(diǎn)是頻率特性較好魔种,適用于做寬頻電路析二。



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