第五章晶體管基本放大電路

5.1

5.2

5.3

5.4放大電路的靜態分析放大電路的動態分析靜態工作點的穩定及偏置電路放大電路的組成

5.5場效應管放大電路

5.6多級放大電路1.

場效應管的原理及其放大電路

重點：2.

多級放大電路的耦合方式第五章晶體管基本放大電路5.5.1

場效應管工作原理5.5.2

場效應管微變等效模型5.5.3場效應管放大電路5.5場效應管放大電路利用輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流的半導體器件場效應管緊靠多數載流子導電，又稱單極型晶體管體積小、重量輕、壽命長噪聲低、熱穩定性好、抗輻射能力強輸入內阻高：107～1012Ω耗電省

單極型晶體管—場效應管5.5場效應管放大電路場效應管分類N溝道P溝道N溝道P溝道增強型耗盡型增強型耗盡型結型絕緣柵型

單極型晶體管—場效應管5.5場效應管放大電路dsgNN溝道結型結構示意圖這樣既保證了柵-源之間的電阻很高，又實現了UGS對溝道電流iD的控制。正常工作時：在柵-源之間加負向電壓，(保證耗盡層承受反向電壓)P區和N區的交界面形成耗盡層。耗盡層

N溝道結型場效應管5.5場效應管放大電路導電溝道P+P+源極和漏極之間的非耗盡層稱為導電溝道。漏-源之間加正向電壓，(以形成漏極電流）當uGS=0時，耗盡層很窄,導電溝道寬。隨|uGS|增大，耗盡層增寬,溝道變窄,電阻增大。|uGS|增加到某一數值,耗盡層閉和,溝道消失,溝道電阻趨于無窮大。夾斷電壓UGS(off)

N溝道結型場效應管5.5場效應管放大電路當

uDS=0時，雖有導電溝道，但iD為零。當uDS0時，產生iD，隨著uDS增加，

iD增加。導電溝道呈楔形。uGS為UGS(off)～0中某一固定值，uDS對漏極電流iD的影響uGSDSGiDuDS5.5場效應管放大電路只要柵漏電壓

uGD

小于夾斷電壓UGS(off)，iD就隨uDS的增大而增大。uGS為UGS(off)～0中某一固定值，uDS對漏極電流iD的影響uGSDSGiDuDS5.5場效應管放大電路當uGD=UGS(off)，漏極一邊的耗盡層就會出現夾斷區。此時稱為預夾斷。此時的

iD稱為“飽和漏極電流iDSS”uGS為UGS(off)～0中某一固定值，uDS對漏極電流iD的影響uGSDSGiDuDS5.5場效應管放大電路當uGD=UGS(off)，漏極一邊的耗盡層就會出現夾斷區。此時稱為預夾斷。此時的

iD稱為“飽和漏極電流iDSS”若uDS繼續增大，即uGD<UGS(off)，夾斷區下移，此時若uDS繼續增加，

iD幾乎不變。uGS為UGS(off)～0中某一固定值，uDS對漏極電流iD的影響uGSDSGiDuDS5.5場效應管放大電路此時iD的值由uGS

決定，iD表現為恒流特性。注意iD是載流子通過電場效應被漏極吸收形成的

。當uGD<UGS(off)時，若uDS

為常量，此時可通過改變uGS的大小來控制

iD。可以把iD近似看成uGS控制的電流源uGS為UGS(off)～0中某一固定值，uDS對漏極電流iD的影響uGSDSGiDuDS5.5場效應管放大電路

結型場效應管5.5場效應管放大電路iD=f(uDS)uGS

=

常數

結型場效應管轉移特性曲線：當漏源電壓不變時，漏極電流iD與柵源電壓uGS之間的關系。描述場效應管電流電壓關系：輸出特性曲線：當柵源電壓不變時，漏極電流iD與漏源電壓uDS之間的關系。iD=f(uGS)uDS

=

常數5.5場效應管放大電路柵-源電壓為零時漏極電流也為零的管子稱為增強型。柵-源電壓為零時漏極電流不為零的管子稱為耗盡型。MOS管分類：

N溝道（NMOS）增強型耗盡型

P溝道（PMOS）增強型耗盡型絕緣柵型場效應管采用sio2絕緣層隔離（輸入電阻更大），柵極為金屬鋁，又稱為MOS管。

絕緣柵型場效應管5.5場效應管放大電路通常襯底和源極連接在一起使用1.結構柵極和襯底各相當于一個極板，中間是絕緣層，形成電容。柵-源電壓改變時，將改變襯底靠近絕緣層處感應電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。P型硅襯底襯底引線BN+N+源極S柵極G漏極D

SiO2

N溝道增強型MOS管5.5場效應管放大電路1)uGS

=0時：D與S之間是兩個PN結反向串聯，無論D與S之間加什么極性的電壓，iD=0。

N溝道增強型MOS管2.工作原理P襯底BN+SGDN+5.5場效應管放大電路

N溝道增強型MOS管2.工作原理2)uGS

>0,uDS

=0：P襯底BN+SGDN+耗盡層由于絕緣層SiO2的存在，柵極電流為零。柵極金屬層將聚集大量正電荷，排斥P型襯底靠近SiO2絕緣層的空穴;便剩下不能移動的負離子區，形成耗盡層。5.5場效應管放大電路

N溝道增強型MOS管2.工作原理P襯底BN+SGDN+3)

uGS繼續增加，uDS=0：使導電溝道剛剛形成的柵-源電壓稱為開啟電壓uGS(th)

。一方面：耗盡層增寬；另外：將襯底的自由電子吸引到耗盡層與絕緣層之間，形成N型薄層，稱為反型層。這個反型層就構成了漏源之間的導電溝道。uGS越大，反型層越厚，導電溝道電阻越小。

反型層5.5場效應管放大電路

N溝道增強型MOS管2.工作原理4)uGS>uGS(th)

，uDS>0：P襯底BN+SGDN+將產生一定的漏極電流iD

。

iD隨著的uDS增加而線性增大。此時導電溝道的寬度不再處處相等。5.5場效應管放大電路

N溝道增強型MOS管2.工作原理P襯底BN+SGDN+5)uGS

>uGS(th),uGD

=uGS(th)

：5.5場效應管放大電路隨著uDS的增大，uGD減小，當uDS增大到uGD=uGS(th)時，導電溝道在漏極一端產生夾斷，稱為預夾斷。此時繼續增加uDS，夾斷區會繼續左移。但仍然有iD。此時溝道兩端電壓保持不變，因此漏電流iD幾乎不變化，管子進入恒流區。

N溝道增強型MOS管2.工作原理P襯底BN+SGDN+5)uGS

>uGS(th),uGD

=uGS(th)

：iD幾乎僅僅決定于uGS

。此時可以把iD

近似看成uGS

控制的電流源。5.5場效應管放大電路制造時,在sio2絕緣層中摻入大量的正離子,即使uGS

=0，在正離子的作用下，源-漏之間也存在導電溝道。只要加正向uDS

，就會產生iD。結構示意圖P源極S漏極D

柵極GBN+N+正離子反型層SiO2只有當uGS小于某一值時，才會使導電溝道消失，此時的uGS

稱為夾斷電壓uGS(off)

。

N溝道耗盡型MOS管5.5場效應管放大電路dN溝道符號BsgP溝道符號dBsgdBsgN溝道符號dBsgP溝道符號耗盡型MOS管符號增強型MOS管符號

N溝道耗盡型MOS管5.5場效應管放大電路FETgds+UGS–iDiGiSiD=f(uGS，uDS)iG=

0簡化的微變等效電路+ugs–+uds–gmugs5.5場效應管放大電路FET的微變等效電路+ugs–gmugsrds+uds–

場效應管微變等效模型1.

電壓控制元件VS

電流控制元件2.放大倍數3.載流子參與導電方面4.場效應管漏、源極VS

晶體管集電、發射極5.類型對比6.功耗7.熱穩定性&抗輻射能力

場效應管與晶體管之對比5.5場效應管放大電路5.5場效應管放大電路uiuO自偏壓式偏置電路分壓式偏置電路+_+++_++UDDCSRGRSRLRD+_+++_++UDDCSRG1RSRLRDRG2uiuO

場效應管放大電路的三種接法5.5場效應管放大電路uiuO_+++_++UDDRGRSRL_+++_++UDDRG1RSRLRG2uiuO

場效應管放大電路的三種接法5.5場效應管放大電路uiuO_+++_++UDDRSRLRD

場效應管放大電路的三種接法+_T+_++++UDDCgRSRG2RLRDRG1uiuO5.5場效應管放大電路微變等效電路gmugsRGui_+iigdsugs_+RDRLuO_+

共源放大電路分析uiuO+_+++_++UDDCSRGRSRLRD5.5場效應管放大電路1、電壓放大倍數2、輸入、輸出電阻ui=ugsuo=-

gmugs

(RD//RL)Au=uoui=-

gm(RD//RL)rirori=RGro=RD

共源放大電路分析gmugsRGui_+iigdsugs_+RDRLuO_+5.6多級放大電路5.6.1

多級放大電路的耦合方式5.6.2

多級放大電路的動態分析將多個單級基本放大電路合理聯接，構成多級放大電路組成多級放大電路的每一個基本電路稱為一級，級與級之間的連接稱為級間耦合。5.6多級放大電路耦合第1級第2級第n-1級第n級輸入輸出···四種常見的耦合方式：直接耦合；阻容耦合；變壓器耦合；光電耦合

多級放大電路的耦合方式5.6多級放大電路特點：(1)

良好的低頻特性可以放大緩慢變化及直流信號(2)

便于集成化。(3)各級靜態工作點互相影響；基極和集電極電位會隨著級數增加而上升；(4)零點漂移（如何克服）。uiuORc1Rb1+UCCT1Rc2T2_+_+

直耦合放大電路5.6多級放大電路改進電路：保證第一級集電極有較高的靜態電位，但第二級放大倍數嚴重下降。uiuORc1Rb1+UCCT1Rc2T2_+_+Re2Rc1Rb1+UCCT1Re2Rc2T2ui_+_+uONPN管和PNP管混合使用，可獲得合適的工作點。為經常采用的方式。

直耦合放大電路5.6多級放大電路C1RC1Rb1+UCCC2RL+T1+Rc2Rb2C3T2+uiuO特點：靜態工作點相互獨立，在分立元件電路中廣泛使用。低頻特性差，不能放大緩慢變化的信號。在集成電路中無法制造大容量電容，不便于集成化。

阻容耦合放大電路5.6多級放大電路特點：各級放大電路靜態工作點相互獨立，可實現阻抗變換，在分立元件功率放大電路中廣泛使用。低頻特性差，不能放大緩慢變化的信號。變壓器比較笨重，不便于集成化。

變壓器耦合放大電路5.6多級放大電路特點：用于電氣隔離或進行遠距離信號傳輸的電路；各級放大電路靜態工作點相互獨立；抗干擾能力強。

光電耦合放大電路5.6多級放大電路電壓放大倍數總電壓放大倍數等于各級電壓放大倍數的乘積，即輸入、輸出電阻輸入電阻就是輸入級的輸入電阻；輸出電阻就是輸出級的輸出電阻。

多級放大電路的動態分析Au=Au1·Au2

···

Aun5.6多級放大電路電路參數如圖所示，放大倍數均為50。求靜態和動態參數。RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010kUOUi

多級放大電路的動態分析5.6多級放大電路阻容耦合放大電路，兩級放大電路的靜態值可分別計算。

多級放大電路的動態分析RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010kUOUi5.6多級放大電路阻容耦合放大電路，兩級放大電路的靜態值可分別計算。RB1C1C2RE1+++–+24VT11M27kUi

多級放大電路的動態分析5.6多級放大電路阻容耦合放大電路，兩級放大電路的靜態值可分別計算。

多級放大電路的動態分析C2+RC2C3CE+++24V+–T282k43k7.5k51010kUO5.6多級放大電路第一級是射極輸出器，它的輸入電阻ri1與負載有關。

ri1=RB1//[rbe1+(1+

β)(RE1//ri2)