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场效应晶体管放大电路

发布时间:2011/10/18 15:19:32 访问次数:4017

     1.场效应晶体管放大电路的特点和工作流程
    场效应晶体管与晶体管一样,也具有放大作用,如图3-22所示。但它与普通晶体管是电流控制型器件相反,场效应晶体管是电压控制型器件。它具有输入阻抗高、噪声低的特点。

                
    对场效应晶体管放大电路进行识图前,应首先了解其工作流程,场效应晶体管的3个电极,即栅极、源极和漏极分别相当于晶体管的基极、发射极和集电极,由其构成的放大电路可分为三种,即共源、共漏和共栅极放大器,如图3-23所示为场效应晶体管三种组态电路。CD2003
    图3-23 (a)所示是共源放大器,它相当于三极管中的共射极放大器,是一种最常用电路。图3-23 (b)是共漏放大器,相当于三极管共集电极放大器,输入信号从漏极与栅极之间输入,输出信号从源极与漏极之间输出,这种电路又称为源极输出器或源极跟随器。图3-23 (c)是共栅放大器,它相当于三极管共基极放大器,输入信号从栅极与源极之间输入,输出信号从漏极与栅极之间输出。这种放大器的高频特性比较好。

             


    2.场效应晶体管放大电路的结构组成
    图3-24所示为一个典型的场效应晶体管放大电路,由图可知,该电路中的核心器件就是就是场效应晶体管。在场效应晶体管的漏极和源极之间加上一定的电压UD并串接一个电阻器RD,那么调整或改变UGS,就可以改变毛的大小,进而改变输出电压UDS,实现电压放大。

                 
    通过上述可知,场效应晶体管在电路中起到了电压的放大作用,在对场效应晶体管放大电路进行识图时,应从其关键元器件入手,再分析其工作条件,从而完成对场效应晶体管放大电路的识图过程。常用的结型场效应晶体管可分为N沟道和P沟道两种,如图3-25所示。

          
    结型场效应晶体管的工作原理如图3-26所示。图3-26(a)所示,当G、S间不加反向电压时(即UGS=0),耗尽层<图中阴影部分)的宽度窄,导电沟道宽,沟道电阻小,ID电流大;图3-26 (b)中,当G、S间加负电压时,PN结的宽度增加,而电流变小,导电沟道宽度减小,沟道电阻增大;图3-26 (c)中,当G、S间负向电压进一步增加时,耗尽层宽度进一步加宽,两边耗尽层合拢(称夹断),没有导电沟道,电流ID为0,沟道电阻很大。我们把导电沟道刚被夹断的UGS值称为夹断电压,用UP表示。可见结型场效应晶体管在某种意义上是一个用电压控制的可变电阻器。

        

    3.场效应晶体管的偏置方式
    通过上面的结构我们可以看出,场效应晶体管放大电路的功能为改变偏置电压,控制其输出。结型场效应晶体管的偏置方式有三种,即固定式偏置电路、自给偏压共源放大电路和分压式自偏压电路。CD4541BM96
    (1)固定式偏置电路
    在场效应晶体管放大器中,有时需要外加栅极直流偏置电源,这种方式被称为固定式偏置电路,如图3-27所示。

                    
    图中Cl和C2分别是输入端耦合电容器和输出端耦合电容器。+Vcc通过漏极负载电阻器R2加到VT管漏极,VT管源极接地。-Vcc是栅极专周偏置直流电源,为负极性电源,它通过栅极偏置电阻器R1加到VT1管栅极,使栅极电压低于源极电压,这样就建立了VT管正常偏置电压。
    电路中,输入信号U1经Cl耦合至场效应晶体管VT的栅极,与原来的栅极负偏压叠加。场效应晶体管受到栅极的作用,使其漏极电流厶相应变化,并在负载电阻器R2上产生压降,经C2隔离直流后输出,在输出端即得到放大了的信号电压Uo。如与U同相,U与U反相。
    固定式偏置电路的优点是VT工作点可以任意选择,不受其他因素的制约,也充分利用了漏极直流电源+Vcc,所以可以用于低压供电放大器,缺点是需要两个直流电源。
    (2)  自给偏压共源放大电路
    图3-28所示为典型的自给偏压共源放大电路,在该电路中Cl和C2分别是输入、输出耦合电容器,起通交流隔直流的作用;Ucc为漏极直流电压源,为放大电路提供能源;RD是漏极电阻器,它能把漏极电流的变化转变为电压的变化,以便输出信号电压;Rs是源极电阻,其作用是产生一个源极到地的电压降,以提供源极偏压建立静态偏置,同时具有电流负反馈的作用;Cs是源极旁路电容器,给源极交流信号一条通路,以免交流信号在Rs上产生负反馈。

                 
    “自给偏压”指的是由场效应晶体管自身的电流产生的偏置电压。由于N沟道结型场效庞晶体管正常工作时,栅极、源极之间需要加一个负偏置电压。这一点与三极管的发射结需要正偏置电压是相反的。为了使栅极、源极之间获得所需负偏压,设置了自生偏压电阻器Rs。当源极电流流过Rs时,将会在Rs两端产生上正下负的电压降Us。由于栅极通过RG接地,所以栅极为零电位。这样,Rs产生的US就能使栅极、源极之间获得所需的负压UGS,这就是自给偏压共源放大电路原理。
    由于场效应晶体管的漏极电流较大时,具有温度上升漏极电流就减小的特点,因而热稳定性好,故在源极仅需设置自偏压电路就十分稳定了。
    (3)分压式自偏压电路
    图3-29所示为分压式自偏压电路又称栅极接正电位偏置电路,它是自给偏压共源放大电路的基础上,加上分压电阻器Rf1和Rf2构成的。

                    
    电源VDD.输入耦合电容器C1、输出耦合电容器C2、漏极电阻器Rd、源极电阻器Rs、源极旁路电容器Ca的作用均与自给偏压共源放大电路相同。Rf1和Rf2是分压偏置电阻器,Rfl与Rf2的接点通过大电阻器Rf与栅极相连。由于栅极绝缘无电流,所以Rf1与Rf2的分压点A与栅极同电位。由于该电路既有“分压偏置”又有“自给偏置”,所以又称为组合偏费电路。这种偏置电路既可用于耗尽型场效应晶体管,又可用于增强型场效应晶体管。


 


 

     1.场效应晶体管放大电路的特点和工作流程
    场效应晶体管与晶体管一样,也具有放大作用,如图3-22所示。但它与普通晶体管是电流控制型器件相反,场效应晶体管是电压控制型器件。它具有输入阻抗高、噪声低的特点。

                
    对场效应晶体管放大电路进行识图前,应首先了解其工作流程,场效应晶体管的3个电极,即栅极、源极和漏极分别相当于晶体管的基极、发射极和集电极,由其构成的放大电路可分为三种,即共源、共漏和共栅极放大器,如图3-23所示为场效应晶体管三种组态电路。CD2003
    图3-23 (a)所示是共源放大器,它相当于三极管中的共射极放大器,是一种最常用电路。图3-23 (b)是共漏放大器,相当于三极管共集电极放大器,输入信号从漏极与栅极之间输入,输出信号从源极与漏极之间输出,这种电路又称为源极输出器或源极跟随器。图3-23 (c)是共栅放大器,它相当于三极管共基极放大器,输入信号从栅极与源极之间输入,输出信号从漏极与栅极之间输出。这种放大器的高频特性比较好。

             


    2.场效应晶体管放大电路的结构组成
    图3-24所示为一个典型的场效应晶体管放大电路,由图可知,该电路中的核心器件就是就是场效应晶体管。在场效应晶体管的漏极和源极之间加上一定的电压UD并串接一个电阻器RD,那么调整或改变UGS,就可以改变毛的大小,进而改变输出电压UDS,实现电压放大。

                 
    通过上述可知,场效应晶体管在电路中起到了电压的放大作用,在对场效应晶体管放大电路进行识图时,应从其关键元器件入手,再分析其工作条件,从而完成对场效应晶体管放大电路的识图过程。常用的结型场效应晶体管可分为N沟道和P沟道两种,如图3-25所示。

          
    结型场效应晶体管的工作原理如图3-26所示。图3-26(a)所示,当G、S间不加反向电压时(即UGS=0),耗尽层<图中阴影部分)的宽度窄,导电沟道宽,沟道电阻小,ID电流大;图3-26 (b)中,当G、S间加负电压时,PN结的宽度增加,而电流变小,导电沟道宽度减小,沟道电阻增大;图3-26 (c)中,当G、S间负向电压进一步增加时,耗尽层宽度进一步加宽,两边耗尽层合拢(称夹断),没有导电沟道,电流ID为0,沟道电阻很大。我们把导电沟道刚被夹断的UGS值称为夹断电压,用UP表示。可见结型场效应晶体管在某种意义上是一个用电压控制的可变电阻器。

        

    3.场效应晶体管的偏置方式
    通过上面的结构我们可以看出,场效应晶体管放大电路的功能为改变偏置电压,控制其输出。结型场效应晶体管的偏置方式有三种,即固定式偏置电路、自给偏压共源放大电路和分压式自偏压电路。CD4541BM96
    (1)固定式偏置电路
    在场效应晶体管放大器中,有时需要外加栅极直流偏置电源,这种方式被称为固定式偏置电路,如图3-27所示。

                    
    图中Cl和C2分别是输入端耦合电容器和输出端耦合电容器。+Vcc通过漏极负载电阻器R2加到VT管漏极,VT管源极接地。-Vcc是栅极专周偏置直流电源,为负极性电源,它通过栅极偏置电阻器R1加到VT1管栅极,使栅极电压低于源极电压,这样就建立了VT管正常偏置电压。
    电路中,输入信号U1经Cl耦合至场效应晶体管VT的栅极,与原来的栅极负偏压叠加。场效应晶体管受到栅极的作用,使其漏极电流厶相应变化,并在负载电阻器R2上产生压降,经C2隔离直流后输出,在输出端即得到放大了的信号电压Uo。如与U同相,U与U反相。
    固定式偏置电路的优点是VT工作点可以任意选择,不受其他因素的制约,也充分利用了漏极直流电源+Vcc,所以可以用于低压供电放大器,缺点是需要两个直流电源。
    (2)  自给偏压共源放大电路
    图3-28所示为典型的自给偏压共源放大电路,在该电路中Cl和C2分别是输入、输出耦合电容器,起通交流隔直流的作用;Ucc为漏极直流电压源,为放大电路提供能源;RD是漏极电阻器,它能把漏极电流的变化转变为电压的变化,以便输出信号电压;Rs是源极电阻,其作用是产生一个源极到地的电压降,以提供源极偏压建立静态偏置,同时具有电流负反馈的作用;Cs是源极旁路电容器,给源极交流信号一条通路,以免交流信号在Rs上产生负反馈。

                 
    “自给偏压”指的是由场效应晶体管自身的电流产生的偏置电压。由于N沟道结型场效庞晶体管正常工作时,栅极、源极之间需要加一个负偏置电压。这一点与三极管的发射结需要正偏置电压是相反的。为了使栅极、源极之间获得所需负偏压,设置了自生偏压电阻器Rs。当源极电流流过Rs时,将会在Rs两端产生上正下负的电压降Us。由于栅极通过RG接地,所以栅极为零电位。这样,Rs产生的US就能使栅极、源极之间获得所需的负压UGS,这就是自给偏压共源放大电路原理。
    由于场效应晶体管的漏极电流较大时,具有温度上升漏极电流就减小的特点,因而热稳定性好,故在源极仅需设置自偏压电路就十分稳定了。
    (3)分压式自偏压电路
    图3-29所示为分压式自偏压电路又称栅极接正电位偏置电路,它是自给偏压共源放大电路的基础上,加上分压电阻器Rf1和Rf2构成的。

                    
    电源VDD.输入耦合电容器C1、输出耦合电容器C2、漏极电阻器Rd、源极电阻器Rs、源极旁路电容器Ca的作用均与自给偏压共源放大电路相同。Rf1和Rf2是分压偏置电阻器,Rfl与Rf2的接点通过大电阻器Rf与栅极相连。由于栅极绝缘无电流,所以Rf1与Rf2的分压点A与栅极同电位。由于该电路既有“分压偏置”又有“自给偏置”,所以又称为组合偏费电路。这种偏置电路既可用于耗尽型场效应晶体管,又可用于增强型场效应晶体管。


 


 

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