场效应管放大电路工作原理

接上：场效应管的工作原理

场效应三极管放大电路

JFET共源极放大（简单之固定偏压）：


各组件功能及名称：

VGG (偏压)－将电路之静态工作点偏移至适当位置。

VDD (供电)－供给VDS及ID。

JFET (N通道)－将输入电压Vi转为输出电流id。

CG (交连电容)－阻挡Vi之直流成份进入闸极电路，并容许Vi之交流成份通过。

RG (偏压电阻)－匹配前级电路及将VGG输送至闸极。

RL (负载电阻)－将id转为Vo [Vo=VDD - idRL] 。漏极特性中可用作放大的区域

只有饱和区内线性部份是适合用作放大。下列三个区域是不适宜用作放大。

1) 电阻区：此区内VDS变动会引致ID大量变动，结果令输出电流ID同时受Vgs与 VO之控制。
2) 击穿区：此区内工作会令FET损坏。
3) 饱和区内非线性部份：此区内Vgs与id非线性关系，会引起非线性失真。

最大输入电压（线性部份）VGS由0V至 -1V = 1Vp-p。

最大输出电压（饱和区）VDS由2.5V至17.5V = 15Vp-p。

例：假设VDD = 16V，RL = 2kΩ。
i) 试绘出负载线 ii) 并选择适当的工作点 iii) 求电压放大Av 。



解：根据图中可见VDD = VDS + IDRL

i) 当ID = 0时，VDS或Vo = VDD = 16V (A点)
当ID = 最大时，（即VDS = 0，求B点）

ii) 选择适当的工作点，可避免失真，通常选取负载线的中点部份为静态工作点Q point。

iii)
场效应管的偏压技术 Biasing Techniques of FET：
简单的偏压：

当没有输入时，VGS 保持在 0V，ID = IDSS
当有输入时，输入讯号(负)令ID减少，但 (正) 令闸极与源极变成顺向偏压，将输入短路。
故输入电压限制不能超越闸极与源极之导通电压值。较佳之偏压方法：

除使用独立VGG电源供给偏压外，可用下列两种方法获得放大器所需偏压：
a) 源极电阻自给偏压 – 只能用于空乏型FET。
b) 分压电阻固定偏压 – 能用于空乏型及增强型FET。
a) 源极电阻自给偏压：

线路上，RG将闸极接地，因无闸极电流关系，闸极电压VG在无输入讯号时为0V源极电流流过源极电阻RS产生一电压降，令源极电压VS为正，
结果VGS(闸极对源极电压) 为负电压(形成反向偏压)。而源极电容CS令VS稳定，不受讯号电流变化影响。

因此，源极电阻RS两端的电压成为影响VGS的基本因子，可以不需外加电源VGG也可产生VGS的电压，所以名为源极自给偏压。
源极电阻RS值之计法 (偏压值已知) 。
因源极电流IS等于漏极电流ID，因此放大器所需偏压VGS = -IDRS

偏压值假设未知的时候。
设计者常将电路设计于中间偏压。

b) 分压电阻固定偏压 (增强型MOSFET) ：
i. 无源极电阻接法，不适用于JFET。

利用分压电阻R1及R2提供所需偏压。


ii. 有源极电阻接法，适用于任何FET。
(可提供正或负偏压：VG VS → 正，VG VS → 负)

例：若VGS = -1.5V，ID = 3.5mA。
求i) VG ii) RS iii) VO iv) VDS


解：



小讯号等效电路及其应用
小讯号：是指电子电路内的交流讯号之电压及电流，并且幅度是不会大至令电路元件产生非线性及饱和失真，通常用英文小草表示Vi,Vo, ii,io。

等效电路：是利用电阻/电容/电感/电压源/电流源等组成一电路来代替一个组件(例如FET，晶体管)或另外一组线路，以方便计算。

小讯号电阻，电容，电压源之等效电路：

FET小讯号等效电路

FET及MOSFET晶体管皆可以用等效电路代替，其理由如下：
a) 因FET输入阻抗极高，因此闸极源极间可以用开路代替。
b) FET的输出讯号是漏极电流id，因此用一电流源产生此电流。又id是受Vgs控制，gm的定义是id与Vgs的关系，所以此电流源的电流值是gm×Vgs
c) FET的漏极源极间电压亦影响id，因此要将FET的输出电阻 (即漏极电阻)rd加在源极及漏极间。

场效应晶体管的应用 Application of FET：
FET与双极晶体管比对可以发现如下几点：
a) 输入阻抗 ─ FET常高于10MΩ，双极晶体管则袛有几Ω至几拾kΩ而矣。
b) 电压增益 ─ 双极晶体管大于100倍，而FET小于50，因其互导率低。
c) 集成度 ─ 在集成电路中，MOSFET较双极晶体管更易生产，所以集成电路以 MOSFET为主。
d) 价格 ─ 平均而言，双极晶体管较平价。
e) 平方律作用 ─ FET对较大讯号会产生失真，但在高频(混频)电路中郄大大降低不需要的讯号，而双极晶体管较差。

FET使用时要注意：
a) 不能超过额定电压，电流和功率损耗。
接面型JFET的闸极电压不能反接。
金属氧化物型MOSFET的闸极不能开路。
b) 在保存时，应该使三个电极短路。
c) 在焊接到电路时，也应该先将各电极短路，避免在焊接时引致击穿或出现性质变劣的现象。

FET作为开关的好处：
a) 电压控制 ─ 理想的FET是用电压控制信道的开关，不用消耗电力，但机械开关要用人 手操作。
b) 无触点跳火 ─ 机械开关会有触点跳火现象，并侵蚀触点，而FET则没有此现象，除非被高 温或高压破坏。
c) 通道电阻低 ─ 利用多粒FET并联可以得到很低的通道电阻率，而机械开关接触响通电能力。
d) 寿命长 ─ 机械开关使用期较FET短，理论上FET可以使用长久的时间。
e) 噪音干扰低 ─ 机械开关在断／续期间，都可能发出机械噪音及电器噪音做成干扰，而 FET则甚小。
f) 体积较小 ─ 若以相同的控制电流来比较，FET 的体积较机械开关为小。
综合其优点FET适宜为大部份机械开关之代用品。

应用电路

1 电子时间器：


平时电容C接在VR1向电源充电，充到最大值VC，TR1是导通，使TR2及TR3相应截流，使继电器RY打开。

当C转接在R放电，因而产生负电压，使TR1转为截流，直到负电压下降到TR1夹断电压VP就恢复导通。

在TR1截流期间，TR2及TR3相继导通，使继电器RY接合。

2 晶体，陶瓷唱头音控放大电路：

TR1 : 为初级放大。
TR2 : 为次级放大。
VR1 : 控制TR1之偏压。
VR2 : 调校低音频放大增益。
VR3 : 调校高音频放大增益。
VR4 : 调校次级放大增益。

3 无线电收发机的接收部份之变周级：

图中是一部27MHz收发机的接收部份之变周级，两个2SK19即为FET，一个用作混周器，另一个则用作本机振荡器 (晶体振荡)。
因G极无电流，阻抗高，接500kΩ电阻落地即可。

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