場(chǎng)效應(yīng)管放大與恒流電路的識(shí)圖方法與工作原理-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-02-27
場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的結(jié)構(gòu)及功能特點(diǎn)，能夠正確分析和識(shí)讀放大電路中各種關(guān)鍵元器件的作用以及信號(hào)經(jīng)過(guò)放大電路后的輸出狀態(tài)，并且可以靈活運(yùn)用到實(shí)際電子產(chǎn)品電路中，能夠正確分析其功能及作用范圍。
場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管一樣，也具有放大作用，但與普通晶體管是電流控制型器件相反，場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制型器件。它具有輸入阻抗高、噪聲低的特點(diǎn)。
場(chǎng)效應(yīng)管的3個(gè)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。圖5-21所示是場(chǎng)效應(yīng)管的3種組態(tài)電路，即共源極、共漏極和共柵極放大器。圖5-21（a）所示是共源極放大器，它相當(dāng)于晶體管共發(fā)射極放大器，是一種最常用的電路。圖5-21（b）所示是共漏極放大器，相當(dāng)于晶體管共集電極放大器，輸入信號(hào)從漏極與柵極之間輸入，輸出信號(hào)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5-21（c）所示是共柵極放大器，它相當(dāng)于晶體管共基極放大器，輸入信號(hào)從柵極與源極之間輸入，輸出信號(hào)從漏極與柵極之間輸出，這種放大器的高頻特性比較好。
絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻很高，如果在柵極上感應(yīng)了電荷，很不容易泄放，極易將PN結(jié)擊穿而造成損壞。為了避免發(fā)生PN結(jié)擊穿損壞，存放時(shí)應(yīng)將場(chǎng)效應(yīng)管的3個(gè)極短接；不要將它放在靜電場(chǎng)很強(qiáng)的地方，必要時(shí)可放在屏蔽盒內(nèi)。焊接時(shí)，為了避免電烙鐵帶有感應(yīng)電荷，應(yīng)將電烙鐵從電源上拔下。焊進(jìn)電路板后，不能讓柵極懸空。
（1）固定式偏置電路
在場(chǎng)效應(yīng)管放大器中，有時(shí)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5-22所示。
C1和C2分別是輸入端耦合電容和輸出端耦合電容。+UCC通過(guò)漏極負(fù)載電阻R2加到VT的漏極，VT的源極接地。-UCC是柵極專(zhuān)用偏置直流電源，為負(fù)極性電源，它通過(guò)柵極偏置電阻R1加到VT1的柵極，使柵極電壓低于源極電壓，這樣就建立了VT的正常偏置電壓。
在電路中，輸入信號(hào)Ui經(jīng)C1耦合至場(chǎng)效應(yīng)管VT的柵極，與原來(lái)的柵極負(fù)偏壓疊加。場(chǎng)效應(yīng)管受到柵極的作用，其漏極電流I2相應(yīng)變化，并在負(fù)載電阻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(hào)電壓Uo。I2與Ui同相，Uo與Ui反相。
這種偏置電路的優(yōu)點(diǎn)是VT的工作點(diǎn)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+UCC，所以可以用于低壓供電放大器。其缺點(diǎn)是需要兩個(gè)直流電源。
（2）自給偏壓共源極放大電路
圖5-23所示是典型的自給偏壓共源極放大電路。圖中C1和C2分別是輸入、輸出耦合電容，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，它能把漏極電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓员爿敵鲂盘?hào)電壓；RS是源極電阻，其作用是產(chǎn)生一個(gè)源極到地的電壓降，以提供源極偏壓，建立靜態(tài)偏置，同時(shí)具有電流負(fù)反饋的作用；CS是源極旁路電容，給源極交流信號(hào)提供一條通路，以免交流信號(hào)在RS上產(chǎn)生負(fù)反饋。
由于場(chǎng)效應(yīng)管在漏極電流較大時(shí)，具有溫度上升、漏極電流就減小的特點(diǎn)，因而熱穩(wěn)定性好，故源極僅需設(shè)置自偏壓電路就十分穩(wěn)定了。
“自給偏壓”指的是由場(chǎng)效應(yīng)管自身的電流產(chǎn)生偏置電壓。N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，柵極、源極之間需要加一個(gè)負(fù)偏置電壓，這一點(diǎn)與晶體管的發(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(fù)偏壓，設(shè)置了自生偏壓電阻RS。當(dāng)源極電流流過(guò)RS時(shí)，將會(huì)在RS兩端產(chǎn)生上正下負(fù)的電壓降US。由于柵極通過(guò)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(fù)偏壓UGS，這就是自給偏壓共源極放大電路的工作原理。
（3）分壓式自偏壓電路
圖5-24所示為分壓式自偏壓電路，又稱柵極接正電位偏置電路。它是在自給偏壓共源極放大電路的基礎(chǔ)上，加上分壓電阻Rf1和Rf2構(gòu)成的。
圖中，電源+UDD、輸入耦合電容C1、輸出耦合電容C2、漏極電阻RD、源極電阻RS、源極旁路電容CS的作用均與自給偏壓共源極放大電路相同。Rf1和Rf2是分壓偏置電阻，Rf1與Rf2的接點(diǎn)通過(guò)大電阻RG與場(chǎng)效應(yīng)管的柵極相連。由于柵極絕緣無(wú)電流，所以Rf1與Rf2的分壓點(diǎn)A與場(chǎng)效應(yīng)管的柵極同電位。由于該電路既有“分壓偏置”又有“自給偏置”，所以又稱為組合偏置電路。這種偏置電路既可用于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管，也可用于增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。
（1）源極接地放大器
源極接地放大器是場(chǎng)效應(yīng)管放大器最重要的電路形式，其工作原理如圖5-25所示。圖中，交流輸入電壓Ui在1/4周期內(nèi)處于增大的趨勢(shì)，因此在這段時(shí)間內(nèi)漏極電流ID增大。ID的增大使負(fù)載上的壓降增大，UDS就下降；當(dāng)Ui在2/4周期內(nèi)時(shí)，處于減小狀態(tài)，UGS增大，ID則減小，而ID的減小使負(fù)載上的壓降減小，UDS就上升。以此類(lèi)推，其輸入與輸出信號(hào)的波形如圖中所示。Ui和ID的相位相同，與輸出信號(hào)電壓UDS的相位相反。
（2）柵極接地放大器
柵極接地放大器適用于高頻寬帶放大器，其基本連接方式如圖5-26所示。
（3）漏極接地放大器
漏極接地放大器也稱為源極跟隨器或源極輸出器，相當(dāng)于雙極型晶體管的集電極接地電路。圖5-27為其基本連接圖。源極跟隨器最主要的特點(diǎn)是輸出阻抗低。
由于場(chǎng)效應(yīng)管的輸入阻抗非常高，也就是輸入電流極小，它常用于收音機(jī)電路中作為微弱信號(hào)的放大器。
① 源極接地放大器與射極跟隨器（共集電極晶體管放大器）的組合。
如圖5-28所示，VT1為源極接地場(chǎng)效應(yīng)管放大器，VT2為共集電極晶體管放大器。若電路中沒(méi)有設(shè)置VT2，而是將數(shù)千歐的負(fù)載RL直接作為VT1的負(fù)載，其電壓增益就相當(dāng)小。通過(guò)源極接地放大器與低輸出阻抗的射極跟隨器進(jìn)行組合，就可獲得較高的電壓增益，這是該電路的主要特征。
② 源極接地放大器與共發(fā)射極放大器的組合。
共發(fā)射極放大器的輸入阻抗在103Ω的范圍內(nèi)，很難由場(chǎng)效應(yīng)管直接驅(qū)動(dòng)，但是，若通過(guò)一級(jí)射極跟隨器，將其作為圖5-25中的負(fù)載RL接在共發(fā)射極放大器之前，就很容易驅(qū)動(dòng)了，如圖5-29所示。該電路在輸出級(jí)的前面加入了一級(jí)射極跟隨器，以獲得大電流增益，這是典型的低輸出阻抗實(shí)例。
③ 將源極接地放大器與共基極放大器組合成級(jí)聯(lián)式放大器。
圖5-30所示是將場(chǎng)效應(yīng)管的低噪聲性與共基極放大器對(duì)高頻放大的適應(yīng)性相結(jié)合而產(chǎn)生的級(jí)聯(lián)式放大器，常作為寬頻帶低噪聲的前置放大器。
場(chǎng)效應(yīng)管恒流源電路圖一
如圖，其中分壓電阻和穩(wěn)壓管為場(chǎng)效應(yīng)管的柵極提供一個(gè)固定的基準(zhǔn)電壓。
場(chǎng)效應(yīng)管恒流源電路圖二
基于場(chǎng)效應(yīng)管的恒流源電路原理圖如上圖所示，電流經(jīng)過(guò)采樣電阻轉(zhuǎn)換為采樣電壓。采樣電壓經(jīng)運(yùn)放A2反向放大后作為反饋電壓VF送入運(yùn)放A1的同相端，與基準(zhǔn)電壓VR進(jìn)行比較，對(duì)柵極電壓進(jìn)行調(diào)整，從而對(duì)輸出電流進(jìn)行調(diào)整，使整個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡中，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電流的目的。如果輸出電流增大，則采樣電阻上的采樣電壓隨之增大，反饋電壓VF也增大，運(yùn)放A1同相端電壓增大，而基準(zhǔn)電壓不變，運(yùn)放A1的輸出電壓為（VF-VR）K（K為運(yùn)放A1的開(kāi)環(huán)增益），因此運(yùn)放A1的輸出電壓降低，柵極電壓下降從而使輸出電流下降，使輸出電流保持穩(wěn)定。
場(chǎng)效應(yīng)管屬于電壓控制元件，這一點(diǎn)類(lèi)似于電子管的三極管，但它的構(gòu)造與工作原理和電子管是截然不同的，與雙極型晶體管相比，場(chǎng)效應(yīng)晶體管如下特點(diǎn)：
（1）場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件，它通過(guò)UGS來(lái)控制ID;
（2）場(chǎng)效應(yīng)管的輸入端電流極小，因此它的輸入電阻很大。
（3）它是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，因此它的溫度穩(wěn)定性較好;
（4）它組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于三極管組成放大電路的電壓放大系數(shù);
（5）場(chǎng)效應(yīng)管的抗輻射能力強(qiáng);
（6）由于不存在雜亂運(yùn)動(dòng)的少子擴(kuò)散引起的散粒噪聲，所以噪聲低。
聯(lián)系方式：鄒先生
聯(lián)系電話：0755-83888366-8022
手機(jī)：18123972950
QQ：2880195519
聯(lián)系地址：深圳市福田區(qū)車(chē)公廟天安數(shù)碼城天吉大廈CD座5C1
關(guān)注KIA半導(dǎo)體工程專(zhuān)輯請(qǐng)搜微信號(hào):“KIA半導(dǎo)體”或點(diǎn)擊本文下方圖片掃一掃進(jìn)入官方微信“關(guān)注”。
關(guān)注「KIA半導(dǎo)體」，做優(yōu)秀工程師！
長(zhǎng)按二維碼識(shí)別關(guān)注
閱讀原文可一鍵關(guān)注+技術(shù)總匯
