Transcript 電子學ch9教案

第9章
場效電晶體放大電路
……………………………………………………………
9-1
FET 放大器工作原理
9-2
FET交流等效電路
9-3
共源極放大電路
9-4
共汲極放大電路
9-5
共閘極放大電路
9-1 FET 放大器工作原理
………………………………………………………………………….…
1. JFET放大器
節目錄
節目錄
VGS  VG  VS  0  ID R S   ID R S
(1) 電路特性
自給偏壓方式。
C2 可以防止負回授，以提高電壓增益。
(2) 工作原理
vgs 正半週時，逆壓減少， id 增加。
汲、源極電壓變化之波形和閘、源極
電壓波形相差180°。
節目錄
2. 空乏型MOSFET放大器
節目錄
工作原理
當 vgs 為負時，MOSFET呈現空乏模式
特性，並使id 減少。
當 vgs 為正時，MOSFET呈現增強模式
特性，並使id 增加。
節目錄
3. 增強型MOSFET放大器
經 C1 耦合到閘極，閘極之偏壓
為正電壓，且需VGS  Vth。
v i 造成 vgs 電壓在Q點上、下振動
，進而使 id 產生變化。
vi
工作原理
節目錄
節目錄
9-2 FET 交流等效電路
………………………………………………………………………….…
1. FET的小訊號參數
節目錄
放大因數    vds
vgs
(1) 定義
互導 g m 
 id
vgs
 id 0
vds
vgs
id

vgs
vd s  定值

vd s  0
汲極電阻 rd  vds
 id

vg s 0
vds
id
id  定值
vg s 定值
(2) 三個參數的關係：  =g m  rd
節目錄
2. FET等效電路
節目錄
(續)
(1) 諾頓等效電路：汲、源極之間有一電流源，
同時還有汲、源極間的內電阻 rd 與之並聯。
(2) 戴維寧等效電路：汲、源極之間有一電壓源
，同時還有內電阻 rd 與之串聯。
節目錄
3. FET放大器的基本組態
(1) 三種組態
共源極（CS）：能提供最佳的電
壓增益，是應用最廣泛的放
大器。
共汲極（CD）：在電壓增益近於
1的情形下提供同相輸出。
共閘極（CG）：很少被採用，但
也可在同相情形下提供電壓
增益。
(2) BJT中的CE、CC與CB放大器在FET中所對應
的電路是CS、CD與CG放大器。
節目錄
9-3 共源極放大電路
………………………………………………………………………….…
一、共源極放大器（源極未接 R S）
1. 共源極第一種型式
節目錄
(1) 用諾頓等效電路求電壓增益
vgs = vi
 公式
vo  vds   g m vgs (rd //R D )
A v   g m (rd // R D )
 若 rd  R D，則 Av   g m R D（負號表
示 vo 與 v i 反相180°）。
節目錄
(2) 用戴維寧等效電路求電壓增益
Av 
vo

vi
- vgs 
 g m rd 
 公式
RD
rd +R D
vgs
  
RD
rd  R D
RD
 g m (rd //R D )
rd +R D
Zi  R G // ≒ R G
Zo  rd // R D
相位關係： vo 與 v i 反相180°
節目錄
 源極未接 R S 時，採用諾頓等效來分析較為合適。
節目錄
2. 共源極第二種型式
(1) 電路：源極接上 R S並接有旁路電容 CS 。
(2) 分析時，與第一種型式完全相同。
(3) 電壓增益： Av   gm (rd // R D )
節目錄
3. 共源極第三種型式
(1) 電路：輸出端接有負載 R L。
A v   g m (rd // R D // R L )
(2) 公式
Zi  R G
Zo  rd // R D // R L
節目錄
節目錄
二、 共源極放大器（源極含有 R S）
節目錄
節目錄
1. 電路：源極含有 R S，但未接旁路電容，它
具有電流負回授的功能。
精確解
2. 公式
Av   gm 
rd  R D
R D  rd  (1   ) R S
近似解（若 rd  R D）
Av 
g m R D
1  gm RS
3. 將電壓增益的精確解更改為
v o    vi 
RD
R D  rd  (1   ) R S
節目錄
4. 改繪成圖9-19所示之等效電路
(1) 若由FET之汲極往內看時，閘極訊號 vi
被放大  倍（負號表示相位差180°）。
(2) 源極電阻反射到汲極時，被放大（1 ）
倍。
Zo '  rd  (1   ) R S
(3) 公式
Zo   rd  (1   ) R S  // R D
Zi  R G //  ≒ R G
節目錄
三、共源極MOSFET放大器
1. 偏壓情形
空乏型MOSFET偏壓通常為零偏壓。
增強型MOSFET偏壓要使 VGS  Vth。
2. 交流分析
空乏型MOSFET和JFET放大器相同。
增強型MOSFET則與JFET、空乏型
MOSFET相同。
節目錄
9-4 共汲極放大電路
………………………………………………………………………….…
節目錄
精確解
1. 公式
Av  gm 
rd R S
rd  (1   ) R S
近似解（   1 或 rd 甚大）
Av 
gm RS
1  gm RS
2. 特性：電壓增益 A v 小於1（但近於1）
且輸出與輸入同相。
3. 將〔公式9-8〕修正為
v o   vi 
RS
RS
 vi


rd  (1   ) R S 1   R  rd
S
1 
節目錄
4. 繪出如圖9-26所示之等效電路
(1) 由源極端往內看時，汲極上的電阻 rd 反射
1
到源極時被放大 1+ 倍。
(2) 閘極訊號電壓被放大
Zo ' 
5. 公式

1+
倍。
rd
rd
1

≒
1   1  g m rd
gm
Zo  R S // Zo '  R S //
Zi  R G //  ≒ R G
1
gm
節目錄
9-5 共閘極放大電路
………………………………………………………………………….…
節目錄
節目錄
1. 特性：低輸入阻抗，高輸出阻抗。
vi  vsg  Vs  Vg
Av  g m  (R D // R L )
2. 公式
Zi  R S // Zi '
Zo  R D // R L
Zi ' 
1
gm
節目錄