各種場效應(yīng)管放大電路圖原理-場效應(yīng)管放大電路識(shí)圖方法詳解-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-10-09
圖3-26所示是一種超小型收音機(jī)電路，它采用兩只晶體管，這種電路具有較高的靈敏度。
該電路中，電池作為直流電源通過負(fù)載電阻器R1為場效應(yīng)管漏極提供偏置電壓，使其工作在放大狀態(tài)。由外接天線接收天空中的各種信號(hào)，交流信號(hào)通過C1，進(jìn)入LC諧振電路。LC諧振電路是由磁棒線圈和電容器組成的，諧振電路選頻后，經(jīng)C4耦合至場效應(yīng)管VT的柵極，與柵極負(fù)偏壓疊加，加到場效應(yīng)管柵極上，使場效應(yīng)管的漏極電流ID相應(yīng)變化，并在負(fù)載電阻器R1上產(chǎn)生壓降，經(jīng)C5隔離直流后輸出，在輸出端即得到放大了的信號(hào)電壓。放大后的信號(hào)送入三極管的基極，由三極管放大后輸出較純凈的音頻信號(hào)送到耳機(jī)。
圖3-27所示是FM收音機(jī)調(diào)諧電路，它是由高頻放大器VT1、混頻器VT3和本機(jī)振蕩器VT2等部分構(gòu)成的。天線感應(yīng)的FM調(diào)頻廣播信號(hào)，經(jīng)輸入變壓器L1加到VT1晶體管的柵極，VT1為高頻放大器主要器件，它將FM高頻信號(hào)放大后經(jīng)變壓器L2加到混頻電路VT3的柵極，VT2和LC諧振電路構(gòu)成本機(jī)振蕩器，振蕩信號(hào)由振蕩變壓器的次級(jí)送往混頻電路VT3的源極。混頻電路VT3由漏極輸出，經(jīng)中頻變壓器IFT（L4）輸出10.7MHz中頻信號(hào)。
與雙極型晶體管一樣，場效AM29LV017D-70EC應(yīng)管也有三種基本接法：共源、共漏和共柵極接法，其中，共源相當(dāng)于共發(fā)射極接法；共漏相當(dāng)于共集電極接法；共柵相當(dāng)于共基極接法。
共源極電路，如圖4-19（a）所示，相當(dāng)于雙極晶體管的共發(fā)射極電路。當(dāng)交流信號(hào)Ui經(jīng)C，加到柵一源極時(shí)，使柵極偏壓隨信號(hào)而變，于是控制了ID的變化，在RL上產(chǎn)生壓降，通過C2將放大了的信號(hào)電壓輸出。
如果用Rc;表示場效應(yīng)管的柵極偏置電阻，用R喁表示場效應(yīng)管的柵一源間電阻，則共源電路的輸入電阻R，=Rc／／Rcs≈Rc（因Rcs》Rc）。
如果用rDS來表示場效應(yīng)管的漏一源間電阻，用RL來表示共源電路的負(fù)載電阻，則共源電路的輸出電阻R。=RDS//RL～RL（因RDS》RL）。
共源電路的電壓放大倍數(shù)：K一-gmRL，式中，gm為場效應(yīng)管的跨導(dǎo)，相當(dāng)于晶體管的放大系數(shù)口，RL為負(fù)載電阻。
由于共源極電路輸入電阻高，電壓增益大，故應(yīng)用最廣，但它的截止頻率較低，在高頻工作時(shí)受到一些限制。
共漏極電路，如圖4-19（b）所示，與晶體管共集電路相似。同共源極電路一樣，其輸入電阻也取決于外加偏置電阻，即R，=Ri∥R2，電壓放大倍數(shù)K≈1，且輸入、輸出電壓同相，故也叫傲源極跟隨器。由于這種電路輸入電阻高、輸出電阻低，且有良好的電壓跟隨特性，因而常用作緩沖放大器，起到隔離、阻抗變換的作用。
共柵極電路，如圖4-19（c）所示，它與晶體管共基電路相近。其輸入電阻極低（Ri≈l／gm），輸出電阻較高R?！諶。，有良好的電壓放大特性，因而常用于高頻電壓放大。
場效應(yīng)管單管甲類前級(jí)放大器見圖1。Tn源極電位實(shí)測為0.5V，漏極電位為5.0V，漏極電流IDSS等于1.25mA。根據(jù)2SK30AMT出廠說明書載明的相關(guān)內(nèi)容，該工作點(diǎn)的線性最好。
該級(jí)放大器放大倍數(shù)依據(jù)公式Au=-gmRf3計(jì)算，式中g(shù)m——場效應(yīng)管的跨導(dǎo)。2SK30AMT在VDs=10V，VGS=0V時(shí)的最小跨導(dǎo)gm=1.2ms。那么該級(jí)放大器放大倍數(shù)為6.72。音量調(diào)節(jié)通過進(jìn)階開關(guān)加11個(gè)固定電阻進(jìn)行，每個(gè)電阻10k。這樣做的好處是既經(jīng)濟(jì)，質(zhì)量又好。音量調(diào)節(jié)實(shí)為10級(jí)，聽音效果十分理想。
第二級(jí)放大電路作源極輸出器，旨在匹配電路，提高前級(jí)的負(fù)載能力，放大倍數(shù)近似為1。靜態(tài)工作點(diǎn)仍然十分重要，Tf2源極電位實(shí)測為5.5V，位于電源電壓的中值附近，很好。在該級(jí)上，同樣可算出漏極電流2.75mA，也要滿足甲類放大器對(duì)靜態(tài)的要求。隔直電容C17，C18對(duì)音質(zhì)的好壞影響較大，選用進(jìn)口名牌WIMA電容。后級(jí)放大電路仍采用推挽式、甲乙類放大器對(duì)稱放大電路所用元件要檢測其靜態(tài)特性。功率放大電路如圖2所示。
以Tm1和Tm3為例，其檢測參數(shù)主要是IDDS，即當(dāng)VGS=0時(shí)的漏極電流。在VGS=0時(shí)，測出IDDS，其值相近為宜。同樣地，Tm2和Tm4也要與Tm1或Tm3靜態(tài)值相差無幾，或相近。只有這4個(gè)場效應(yīng)管靜態(tài)值大致相同，才有可能做出優(yōu)質(zhì)的放大器來。成批生產(chǎn)的放大器價(jià)格很高，正是這些電路中使用的元件匹配困難，造成制造成本高，制約了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。
場效應(yīng)管與晶體管一樣，也具有放大作用，但與普通晶體管是電流控制型器件相反，場效應(yīng)管是電壓控制型器件。它具有輸入阻抗高、噪聲低的特點(diǎn)。
場效應(yīng)管的3個(gè)電極，即柵極、源極和漏極分別相當(dāng)于晶體管的基極、發(fā)射極和集電極。圖5-21所示是場效應(yīng)管的3種組態(tài)電路，即共源極、共漏極和共柵極放大器。圖5-21（a）所示是共源極放大器，它相當(dāng)于晶體管共發(fā)射極放大器，是一種最常用的電路。圖5-21（b）所示是共漏極放大器，相當(dāng)于晶體管共集電極放大器，輸入信號(hào)從漏極與柵極之間輸入，輸出信號(hào)從源極與漏極之間輸出，這種電路又稱為源極輸出器或源極跟隨器。圖5-21（c）所示是共柵極放大器，它相當(dāng)于晶體管共基極放大器，輸入信號(hào)從柵極與源極之間輸入，輸出信號(hào)從漏極與柵極之間輸出，這種放大器的高頻特性比較好。
（1）固定式偏置電路
在場效應(yīng)管放大器中，有時(shí)需要外加?xùn)艠O直流偏置電源，這種方式被稱為固定式偏置電路，如圖5-22所示。
C1和C2分別是輸入端耦合電容和輸出端耦合電容。+UCC通過漏極負(fù)載電阻R2加到VT的漏極，VT的源極接地。-UCC是柵極專用偏置直流電源，為負(fù)極性電源，它通過柵極偏置電阻R1加到VT1的柵極，使柵極電壓低于源極電壓，這樣就建立了VT的正常偏置電壓。
在電路中，輸入信號(hào)Ui經(jīng)C1耦合至場效應(yīng)管VT的柵極，與原來的柵極負(fù)偏壓疊加。場效應(yīng)管受到柵極的作用，其漏極電流I2相應(yīng)變化，并在負(fù)載電阻R2上產(chǎn)生壓降，經(jīng)C2隔離直流后輸出，在輸出端即得到放大了的信號(hào)電壓Uo。I2與Ui同相，Uo與Ui反相。
這種偏置電路的優(yōu)點(diǎn)是VT的工作點(diǎn)可以任意選擇，不受其他因素的制約，也充分利用了漏極直流電源+UCC，所以可以用于低壓供電放大器。其缺點(diǎn)是需要兩個(gè)直流電源。
圖5-23所示是典型的自給偏壓共源極放大電路。圖中C1和C2分別是輸入、輸出耦合電容，起通交流、隔直流的作用；+UCC為漏極直流電壓源，為放大電路提供能源；RD是漏極電阻，它能把漏極電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓员爿敵鲂盘?hào)電壓；RS是源極電阻，其作用是產(chǎn)生一個(gè)源極到地的電壓降，以提供源極偏壓，建立靜態(tài)偏置，同時(shí)具有電流負(fù)反饋的作用；CS是源極旁路電容，給源極交流信號(hào)提供一條通路，以免交流信號(hào)在RS上產(chǎn)生負(fù)反饋。
由于場效應(yīng)管在漏極電流較大時(shí)，具有溫度上升、漏極電流就減小的特點(diǎn)，因而熱穩(wěn)定性好，故源極僅需設(shè)置自偏壓電路就十分穩(wěn)定了。
“自給偏壓”指的是由場效應(yīng)管自身的電流產(chǎn)生偏置電壓。N溝道結(jié)型場效應(yīng)管正常工作時(shí)，柵極、源極之間需要加一個(gè)負(fù)偏置電壓，這一點(diǎn)與晶體管的發(fā)射結(jié)需要正偏置電壓是相反的。為了使柵極、源極之間獲得所需負(fù)偏壓，設(shè)置了自生偏壓電阻RS。當(dāng)源極電流流過RS時(shí)，將會(huì)在RS兩端產(chǎn)生上正下負(fù)的電壓降US。由于柵極通過RG接地，所以柵極為零電位。這樣，RS產(chǎn)生的US就能使柵極、源極之間獲得所需的負(fù)偏壓UGS，這就是自給偏壓共源極放大電路的工作原理。
圖5-24所示為分壓式自偏壓電路，又稱柵極接正電位偏置電路。它是在自給偏壓共源極放大電路的基礎(chǔ)上，加上分壓電阻Rf1和Rf2構(gòu)成的。
圖中，電源+UDD、輸入耦合電容C1、輸出耦合電容C2、漏極電阻RD、源極電阻RS、源極旁路電容CS的作用均與自給偏壓共源極放大電路相同。Rf1和Rf2是分壓偏置電阻，Rf1與Rf2的接點(diǎn)通過大電阻RG與場效應(yīng)管的柵極相連。由于柵極絕緣無電流，所以Rf1與Rf2的分壓點(diǎn)A與場效應(yīng)管的柵極同電位。由于該電路既有“分壓偏置”又有“自給偏置”，所以又稱為組合偏置電路。這種偏置電路既可用于耗盡型場效應(yīng)管，也可用于增強(qiáng)型場效應(yīng)管。
（1）源極接地放大器
源極接地放大器是場效應(yīng)管放大器最重要的電路形式，其工作原理如圖5-25所示。圖中，交流輸入電壓Ui在1/4周期內(nèi)處于增大的趨勢(shì)，因此在這段時(shí)間內(nèi)漏極電流ID增大。ID的增大使負(fù)載上的壓降增大，UDS就下降；當(dāng)Ui在2/4周期內(nèi)時(shí)，處于減小狀態(tài)，UGS增大，ID則減小，而ID的減小使負(fù)載上的壓降減小，UDS就上升。以此類推，其輸入與輸出信號(hào)的波形如圖中所示。Ui和ID的相位相同，與輸出信號(hào)電壓UDS的相位相反。
（2）柵極接地放大器
柵極接地放大器適用于高頻寬帶放大器，其基本連接方式如圖5-26所示。
（3）漏極接地放大器
漏極接地放大器也稱為源極跟隨器或源極輸出器，相當(dāng)于雙極型晶體管的集電極接地電路。圖5-27為其基本連接圖。源極跟隨器最主要的特點(diǎn)是輸出阻抗低。由于場效應(yīng)管的輸入阻抗非常高，也就是輸入電流極小，它常用于收音機(jī)電路中作為微弱信號(hào)的放大器。
① 源極接地放大器與射極跟隨器（共集電極晶體管放大器）的組合。
如圖5-28所示，VT1為源極接地場效應(yīng)管放大器，VT2為共集電極晶體管放大器。若電路中沒有設(shè)置VT2，而是將數(shù)千歐的負(fù)載RL直接作為VT1的負(fù)載，其電壓增益就相當(dāng)小。通過源極接地放大器與低輸出阻抗的射極跟隨器進(jìn)行組合，就可獲得較高的電壓增益，這是該電路的主要特征。
② 源極接地放大器與共發(fā)射極放大器的組合。
共發(fā)射極放大器的輸入阻抗在103Ω的范圍內(nèi)，很難由場效應(yīng)管直接驅(qū)動(dòng)，但是，若通過一級(jí)射極跟隨器，將其作為圖5-25中的負(fù)載RL接在共發(fā)射極放大器之前，就很容易驅(qū)動(dòng)了，如圖5-29所示。該電路在輸出級(jí)的前面加入了一級(jí)射極跟隨器，以獲得大電流增益，這是典型的低輸出阻抗實(shí)例。
③ 將源極接地放大器與共基極放大器組合成級(jí)聯(lián)式放大器。
圖5-30所示是將場效應(yīng)管的低噪聲性與共基極放大器對(duì)高頻放大的適應(yīng)性相結(jié)合而產(chǎn)生的級(jí)聯(lián)式放大器，常作為寬頻帶低噪聲的前置放大器。
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