小模电的重难点——场效应管放大电路

吴少琴的模电课

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前面我们学习了晶体三极管构成的共射放大电路和共集放大电路，课后很多同学反映学了后面忘了前面????，这该怎么办？老实讲，只能怪咱们是碳基大脑，太容易遗忘，解决办法就是借助硅基存储的推文，咱多看两遍喽??????
??????小模电的重难点——共射放大电路
! n; [0 ^2 V! |??????小模电的重难点——共集电极放大电路
; Q. T; b( @+ c

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/ E& B6 U% f% ]场效应管放大电路的分析和晶体三极管放大电路思路是一致的，只是FET是电压控制电流的器件，
2 a9 A  R$ X% w, }

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) w+ P( I& M5 o8 q- }- j# @: V一个场效应管放大器能否工作，要看管子是否能工作在恒流区，取决于它的特性曲线。
6 a; m1 B% P) a7 H( R& B不同场效应管的伏安特性曲线可以看之前的推文：
??????小模电的重难点——场效应管
# p, v& _% \  E另外，分析电路前需要注意隐藏在场效应管放大器中的秘密：
1 ]- }& a3 _$ e5 Y重点 1
' J8 s. k( n. V# X. P3 I场效应管放大器的特点
; T, P6 W& J) {% Z6 d/ S栅-源电阻可达10^9~10^12Ω
分析电路时栅源电阻可视为无穷大
* @4 [! l" b7 p, ]6 K

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栅极没有电流
  M' t1 r4 V% @, Y因为MOS管栅极是绝缘的，所以不管是直流分析还是交流分析，栅极电流均可看成为0

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2 g4 u( W9 N1 i) z# D6 v8 K

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漏极电流和源极电流相等

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: J5 X5 q4 \; s3 I栅源电压对漏极电流的控制
0 g( o3 r: `) O7 S. J6 z耗尽型MOS管：

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增强型MOS管：
1 T9 o- `4 A3 B* C

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FET正常放大需要工作在恒流区
FET是电压控制电流的器件，决定一个FET能否工作在恒流区的关键是合适的栅源电压VGS和合适的漏源电压VDS。因此FET放大器的静态工作点需要求解VGSQ、IDQ和VDSQ。
4 n- T$ Z. \- ]

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) d) [; e8 m0 v, R" z1 l5 q
重点 2
场效应管的小信号模型
/ v) c% t! G! X% L9 z% h各种类型的场效应管小信号模型都是相同的：
) a: [; |0 _0 A* E0 N; C

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这时肯定有小伙伴有疑惑：
% W, G2 z, n" g问
0 u# B; j; \  ~& Z1 p+ j
5 y* Z- u5 H1 z* IN沟道和P沟道所加电压的极性和漏极电流方向都不同，为什么它们的小信号模型是完全相同的？
小信号模型中的电压、电流表示的是交流量，而交流量电压极性和电流方向都是随时变化的，电路图中所标注的电压极性和电流方向都是为分析电路方便而假定的参考方向。
不过有一点必须注意：模型中控制电压vgs的极性与受控电流源的方向是关联的，改变其中一个标注极性或方向，另一个也必须改变。

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; C% S0 B( ~' |7 X: u答

' N0 L+ L* U1 |! L9 S1 ^/ U- O
$ u# U; O5 F0 c! A2 n小信号中关键的一个物理量跨导gm，一般题目中会直接提供，但其实它并不是一个固定不变的值哦????????

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跨导gm的物理意义
跨导gm表明场效应管栅源电压vGS对漏极电流iD控制能力。从转移特性上看，gm就是VDS=VDSQ那条转移特性曲线在Q点处的导数，即以Q点为切点的切线斜率。

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! q  @0 N, m6 ]7 B  H& I9 \耗尽型的gm:

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增强型的gm：

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6 w0 R& I) i6 u3 R重点 03
共源放大器的交流分析
共源放大电路跟三极管的共射放大电路是相似的，它也是个反相放大器。

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共源放大器虽说跟共射放大器求解一样，但显然比晶体三极管的电压放大能力要弱，它的放大倍数大概在2~20倍~~~
Example
1 I, `8 X- ^. ]) y( F5 n( E/ k举个例子

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已知如下图所示共源放大器中场效应管的转移特性如右图所示。假设静态工作点处的低频跨导gm=2ms
) }9 h1 S- s" M. W- ^6 g求：（1）求该放大器的静态工作点（2）画微变等效电路，并求电压放大倍数和输出电阻
5 T% S  R& ?* \5 k
解析：
（1）静态分析首先是画出直流通路，这是一个直接耦合的电路，只需把交流源vi短路即可：
2 N4 Z) R6 D- v7 F. A: t9 q) i
( R; w, g4 A: a/ Q- p7 U场效应管放大电路的静态工作点需要求解VGSQ、IDQ和VDSQ
注意利用栅极电流为零作为突破口，IG=0，因此输入回路中Rg电阻上并没有压降，于是VGSQ=VGG=3V。
按理如果没有转移特性曲线，需要通过转移特性曲线方程求出IDQ，由于给出了准确的转移特性曲线，于是直接从图中得到：IDQ=1mA
进而得到：VDSQ=VDD - IDQ*Rd = 5V
9 ~/ E/ n  z" Z$ B0 p' v+ [

(2) 交流分析，需将直流电源短路，图中两个直流源VGG和VDD均对地短接，并将场效应管符号用小信号模型代替：
$ C# a: N6 K+ [0 ^1 K
求电压增益，注意找到输入输出跟vgs的关系

- g3 O' \  r& y& g# `) ~       Av=-gmRd=-20
% B' R  H: A; k4 _求输出电阻，这题没有负载，只要将信号源短路即可，信号源短路后相当于vgs短路，于是受控电流源也为0，那么输出电阻：
) W. Z* N" C' U5 i      Ro=Rd=10kΩQuestion
上面例题似乎少了个指标，对呀，输入电阻是多少呢？留言区里等着你们给答案吧??????
) d; O, h! n9 D

今天的内容就到这，这次推送已经推迟了好几天，看来要坚持做好一件事的确需要足够大的毅力……对于你们也是一样，坚持每一次推送都认真地看完，真的非常棒??????
让我们一起
" y4 C* T. A. e4 B) H4 e, V

* W  I$ N( o( _9 k9 ^% P
% g$ e" o4 v3 c' ~& ?  j
END
. s0 \# s" V1 t6 [3 N4 H9 T
P.S.：大模电的同学还可以看看之前场效应管的推送，多了结型场效应管和共漏放大器
??????结型场效应管的伏安特性
??????MOS场效应管的重难点
??????FET放大电路的分析