對應(yīng)三極管的共射、共集及共基放大電路,場效應(yīng)管放大電路也有共源、共漏和共柵三種基本組態(tài)。下面以JFET組成的共源極放大電路為例,介紹場效應(yīng)管放大電路的工作原理。
自偏壓電路如圖3-10所示。在圖中,場效應(yīng)管柵極通過柵極電阻RG接地,源極通過源極電阻RS接地。這種偏置方式利用JFET(或耗盡型MOS管)在柵源電壓uGS=0時,漏極電流iD≠0的特點(diǎn),以漏極電流在源極電阻RS上的直流壓降,給柵源之間提供反向偏置電壓。也就是說,在靜態(tài)時,源極電位uS=iDRS,由于柵極電流為0,RG上沒有壓降,柵極電位uG=0,所以柵源之間的偏置電壓為
uGS=uG-uS=-iDRS
要說明的是,自偏壓方式不能用于由增強(qiáng)型MOS管組成的放大電路。因為增強(qiáng)型MOS管
只有當(dāng)uGS達(dá)到UT時才有iD產(chǎn)生。
對于圖3-10電路的靜態(tài)工作點(diǎn),可以利用式(3-1)和式(3-3)求聯(lián)立方程,即
ID=IDSS(1-UGS/UP)2(3-4
?。︰GS=-IDRS(3-5)
求得ID和UGS之后,則有
UDS=VDD-ID(RD+RS)(3-6)
例3-1電路如圖3-10所示,已知IDSS=0.5mA,UP=-1V,試確定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。
解:根據(jù)上面分析得到的公式有
ID=0.5(1+UGS)2
UGS=-2ID
將UGS表達(dá)式代入ID表達(dá)式中,得
ID=0.5(1-2ID)2
解方程得
ID=(0.75±0.56)mA
而IDSS=0.5mA,ID不應(yīng)大于IDSS,所以
IDQ=0.19mA
UGSQ=0.38V
UDSQ=11.9
雖然自偏壓電路比較簡單,但是當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)確定后,uGS和iD就確定了,因而RS選擇的范圍很小。分壓式自偏壓電路是在圖3-10電路的基礎(chǔ)上加接分壓電阻后組成的,如圖3-11所示。漏極電源VDD經(jīng)分壓電阻RG1和RG2分壓后,通過RG3供給柵極電壓,uG=RG2VDD/(RG1+RG2);同時漏極電流在源極電阻RS上也產(chǎn)生壓降,uS=iDRS。因此,靜態(tài)時加在JFET上的柵源電壓為
uGS=uG-u
=VDDRG2/(RG1+RG2)-iDRS(3-7)
同樣可根據(jù)式(3-1)和(3-7)求聯(lián)立方程,即
ID=IDSS(1-UGS/UP)2
UGS=VDDRG2/(RG1+RG2)-IDRS
從而求出ID和UGS,并求出
UDS=VDD-ID(RD+RS)
得出電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。
圖3-10自偏壓電路可以用圖3-12的交流等效電路來表示,圖中RL為放大電路外加的負(fù)載電阻。從圖中不難求出電壓放大倍數(shù)Au、Ri和Ro三個性能參數(shù)。
1.電壓放大倍數(shù)Au
由圖3-12可得出
Au=uo/ui=(-idR′L)/ugs=-(gmugsR′L)/ugs
即
Au=-gmR′L(3-8)
其中,R′L=RD∥RL。
式(3-8)表明,JFET共源放大電路的電壓放大倍數(shù)Au與跨導(dǎo)gm成正比,且輸出電壓與輸入電壓反相。
2.輸入電阻Ri和輸出電阻Ro
由圖3-12可得
Ri≈RG(3-9)
Ro≈RD(3-10)
可見,共源放大電路的輸入電阻Ri主要由偏置電阻RG決定,而輸出電阻Ro則由漏極電阻RD決定。
優(yōu)點(diǎn)
(1)輸入電阻大。用普通三極管做成放大電路,共射電路的輸入電阻約幾KΩ,(我們一般稱之為10^3級),共集電極電路的輸入電阻也只能做到幾十K歐到一百多K歐(10^5級),而使用結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)就可做到輸入電阻10^6級,使用MOS管能做到10^8級以上。
?。?)溫度穩(wěn)定性好,由于場效應(yīng)管里沒有漂移電流,基本不受溫度變化的影響。
缺點(diǎn):
?。?)放大倍數(shù)小,一級放大只能做到幾倍(可能不到10倍),(2)輸入端由于靜電感應(yīng)容易產(chǎn)生擊穿。