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  • 场效应管静态工作点解析与设置静态工作点的要求
    • 发布时间:2020-11-18 16:18:51
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    场效应管静态工作点解析与设置静态工作点的要求
    MOS管的静态工作点的计算
    场效应管静态工作点,据场效应管的特点,利用双极型三极管与场效应管的电极对应关系,即b→G,e→S,c→D,即可在单管共射放大电路的基础上,组成共源极放大电路。
    场效应管静态工作点
    上图是一个由N沟道增强型MOS场效应管组成的单管共源极放大电路的原理电路图。为了使场效应管工作在恒流区以实现放大作用,对于N沟道增强型MOS管来说,应满足以下条件:uGS>UT uDS>uGS-UT 其中UT为N沟道增强型MOS场效应管的开启电压。
    一、静态分析  为了分析共源极放大电路的静态工作点,可以利用近似估算法或图解法。(一)近似估算法  在上图中,由于MOS场效应管的栅极电流为零,因此电阻RG上没有电压降,则当输入电压等于零时 UGSQ=VGG(2.7.1)由上图可得UDSQ=VDD-IDQRD(2.7.4)
    (二)图解法
    场效应管静态工作点,为了用图解法确定静态工作点,应先画出直流负载线。由上图电路的漏极回路可列了以下方程:uDS=VDD-iDRD根据以上方程,在场效应管的输出特性曲线上画出直流负载线,如下图所示。直流负载线与uGS=UGSQ=VGG的一条输出特性的交点即是静态工作点Q。由图可得静态时的IDQ和UDSQ,见下图。
    场效应管静态工作点
    二、动态分析 同样可以利用微变等效电路法对场效应管放大电路进行动态分析。首先讨论场效应管的等效电路。由于漏极电流iD是栅源电压uGS和漏源电压uGS的函数,根据式(2.7.8)可画出场效应管的微变等效电路,如下图所示。图中栅极与源极之间虽然有一个电压Ugs,但是没有栅极电流,所以栅极是悬空的。D、S之间的电流源gmUgs也是一个受控源,体现了Ugs对Id的控制作用。
    场效应管静态工作点
    等效电路中有两个微变参数:gm和rDS。它们的数值可以根据式(2.7.6)和(2.7.7)中的定义,在场效应管的特性曲线上通过作图的方法求得。一般gm的数值约为0.1至20mS。rDS的数值通常为几百千欧的数量级。当漏极负载电阻RD比rDS小得多,可认为等效电路中的rDS开路。
    2.7.2 分压-自偏压式共源放大电路静态时,栅极电压由VDD经电阻R1、R2分压后提供,静态漏极电流渡过电阻RS产生一个自偏压,场效应管的静态偏置电压UGSQ由分压和自偏压的结果共同决定,因此称为分压-自偏压式共源放大电路。引入源极电阻RS也有利于稳定静态工作点,而旁路电容CS必须足够大,以免影响电压放大倍数。接入栅极电阻RG的作用是提高放大电路的输入电阻。
    一、静态分析(一)近似估算法 根据图2.7.7的输入回路可求得  UDSQ=VDD-IDQ(RD+RS)(2.7.13)(二)图解法 为了分析分压-自偏压式共源放大电路的静态工作点,也可心在场效应管转移特性和漏极特性上利用作图的方法求解。
    场效应管静态工作点
    场效应管静态工作点,表达式可用一条直线表示,见上图(a)。另外,iD与uGS之间又必须满足转移特曲线的规律,所以二者的交点即是静态工作点Q。根据转移特性上Q点的位置可求得静态的UGSQ和IDQ值,见上图(a)。电路的漏极回路可列出以下方程:uDS=VDD—iD(RD+RS)由此可在漏极特性曲线上画出直流负载线,见上图(b)。直流负载线与uGS=UGSQ一条漏极特性的交点确定了漏极特性曲线上Q点的位置。由此可找到静态时的UDSQ和IDQ值。
    不同类型场效应管构成的基本放大电路,在设置静态工作点时有何特殊要求?
    根据场效应管的类型及其特性,为设置合适的静态工作点,在输入回路和输出回路应分别加上合适的直流。表一中列出了各类fet对偏置电压的要求。在实际电路中,常采用自给偏压电路和分压式偏置电路。
    场效应管静态工作点
    自给栅偏压电路——只能用于耗尽型场效应管
    场效应管静态工作点
    n沟道耗尽型绝缘栅场效应管的自给栅偏压电路如图1(a)所示。其直流通路如图1(b)所示。因栅极电流ig≈0,静态时栅极直流电位vg=0,且耗尽型场效应管即使在vgs=0时也存在导电沟道,所以id流过rs产生的直流压降vgs=vg-vs= -idrs,正好作为偏置电压。注意这种电路只适用于耗尽型场效应管,而不适用于增强型场效应管。这是因为图e4a20231001z 01中若n沟道耗尽型绝缘栅场效应管换成n沟道增强型绝缘栅场效应管,则因n沟道增强型绝缘栅场效应管要求vgs>;0,而该电路不能提供正确的偏置条件,不适用于增强型场效应管。双极型显然也不能采用这种偏置电路。
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