场效应管静态工作点解析及设置静态工作点的要求-KIA MOS管

MOS管的静态工作点的计算

场效应(ying)管(guan)静态工作点(dian)，据场效应(ying)管(guan)的特点(dian)，利用双极(ji)型(xing)三极(ji)管(guan)与场效应(ying)管(guan)的电极(ji)对应(ying)关系(xi)，即b→G，e→S，c→D，即可在单管(guan)共射放(fang)大电路的基础上，组成共源极(ji)放(fang)大电路。

上图是一个由N沟(gou)道增(zeng)强(qiang)型MOS场(chang)效应(ying)(ying)管组成的(de)单管共源(yuan)极放大电路(lu)的(de)原理(li)电路(lu)图。为了使场(chang)效应(ying)(ying)管工作在恒(heng)流区以(yi)实现(xian)放大作用，对于N沟(gou)道增(zeng)强(qiang)型MOS管来说，应(ying)(ying)满足以(yi)下条件：uGS＞UT uDS＞uGS-UT 其中(zhong)UT为N沟(gou)道增(zeng)强(qiang)型MOS场(chang)效应(ying)(ying)管的(de)开(kai)启电压(ya)。

一、静(jing)态分析  为了分析共(gong)源(yuan)极(ji)放(fang)大电路的静(jing)态工作点(dian)，可以利(li)用近似估算法或(huo)图(tu)解法。（一(yi)）近似(si)估算法(fa)  在上图(tu)中(zhong)，由于MOS场效应管的(de)栅极电(dian)流为零，因此电(dian)阻RG上没有电(dian)压(ya)降，则(ze)当输入电(dian)压(ya)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(ying)管(guan)静态工(gong)作点(dian)(dian)，为(wei)了(le)用图解法确定静态工(gong)作点(dian)(dian)，应(ying)先画出直流负(fu)载线。由(you)上(shang)图电路的(de)漏极回(hui)路可列(lie)了(le)以(yi)下方程：uDS＝VDD－iDRD根据以(yi)上(shang)方程，在场效应(ying)管(guan)的(de)输出特性(xing)曲线上(shang)画出直流负(fu)载线，如(ru)下图所示。直流负(fu)载线与uGS=UGSQ＝VGG的(de)一条输出特性(xing)的(de)交(jiao)点(dian)(dian)即是静态工(gong)作点(dian)(dian)Q。由(you)图可得静态时的(de)IDQ和UDSQ，见下图。

二、动态(tai)分析 同(tong)样可以利(li)用(yong)(yong)微变等效电(dian)路(lu)(lu)法对场效应(ying)管放大电(dian)路(lu)(lu)进行动态(tai)分析。首先讨论场效应(ying)管的(de)(de)等效电(dian)路(lu)(lu)。由于漏(lou)极电(dian)流iD是栅(zha)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)电(dian)压uGS和漏(lou)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)电(dian)压uGS的(de)(de)函(han)数,根(gen)据式(shi)（2．7．8）可画出场效应(ying)管的(de)(de)微变等效电(dian)路(lu)(lu)，如下图所示。图中(zhong)栅(zha)极与源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)极之间虽然有(you)一(yi)个电(dian)压Ugs，但(dan)是没有(you)栅(zha)极电(dian)流，所以栅(zha)极是悬(xuan)空的(de)(de)。D、S之间的(de)(de)电(dian)流源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)gmUgs也(ye)是一(yi)个受控(kong)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)，体现了Ugs对Id的(de)(de)控(kong)制(zhi)作(zuo)用(yong)(yong)。

等效(xiao)电(dian)(dian)路中(zhong)有两个微(wei)变参数(shu)：gm和(he)rDS。它(ta)们(men)的(de)数(shu)值(zhi)(zhi)可以(yi)根(gen)据式（2．7．6）和(he)（2．7．7）中(zhong)的(de)定义，在(zai)场效(xiao)应管的(de)特性曲(qu)线上(shang)通(tong)过(guo)作图的(de)方法(fa)求得。一般gm的(de)数(shu)值(zhi)(zhi)约(yue)为(wei)(wei)0.1至20mS。rDS的(de)数(shu)值(zhi)(zhi)通(tong)常(chang)为(wei)(wei)几百千欧(ou)的(de)数(shu)量级。当漏(lou)极负载电(dian)(dian)阻(zu)RD比rDS小得多，可认为(wei)(wei)等效(xiao)电(dian)(dian)路中(zhong)的(de)rDS开路。

2．7．2 分(fen)压(ya)(ya)(ya)－自偏(pian)压(ya)(ya)(ya)式共源放(fang)大(da)电(dian)(dian)路(lu)静(jing)态时(shi)，栅极(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)由VDD经电(dian)(dian)阻R1、R2分(fen)压(ya)(ya)(ya)后(hou)提供，静(jing)态漏极(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)流(liu)渡过电(dian)(dian)阻RS产生一个自偏(pian)压(ya)(ya)(ya)，场效应管的静(jing)态偏(pian)置电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)UGSQ由分(fen)压(ya)(ya)(ya)和自偏(pian)压(ya)(ya)(ya)的结果共同决(jue)定(ding)，因此称(cheng)为(wei)分(fen)压(ya)(ya)(ya)－自偏(pian)压(ya)(ya)(ya)式共源放(fang)大(da)电(dian)(dian)路(lu)。引入(ru)源极(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)阻RS也有利于稳定(ding)静(jing)态工作点，而旁(pang)路(lu)电(dian)(dian)容CS必须足(zu)够大(da)，以免(mian)影(ying)响电(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)放(fang)大(da)倍(bei)数。接入(ru)栅极(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)阻RG的作用是提高放(fang)大(da)电(dian)(dian)路(lu)的输入(ru)电(dian)(dian)阻。

一、静态(tai)分析(xi)（一）近似估(gu)算法(fa) 根据图2．7．7的输入回路(lu)可求得  UDSQ＝VDD－IDQ（RD＋RS）（2．7．13）（二(er)）图解法(fa) 为了分析(xi)分压－自偏压式共源放大电路(lu)的静态(tai)工作点，也可心在(zai)场(chang)效应管转移特(te)性(xing)和漏极特(te)性(xing)上利用作图的方法(fa)求解。

场效应管静(jing)态工(gong)作点(dian)，表(biao)达式可(ke)用一条直(zhi)线(xian)(xian)表(biao)示，见上图（a）。另(ling)外，iD与(yu)uGS之间又必须满足转移(yi)特(te)曲(qu)线(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)规律(lv)，所以二者的(de)(de)(de)(de)交点(dian)即是静(jing)态工(gong)作点(dian)Q。根据转移(yi)特(te)性(xing)上Q点(dian)的(de)(de)(de)(de)位(wei)置(zhi)可(ke)求得静(jing)态的(de)(de)(de)(de)UGSQ和(he)IDQ值(zhi)，见上图（a）。电(dian)路的(de)(de)(de)(de)漏(lou)(lou)极回路可(ke)列出(chu)以下方(fang)程：uDS＝VDD—iD(RD＋RS)由(you)此可(ke)在(zai)漏(lou)(lou)极特(te)性(xing)曲(qu)线(xian)(xian)上画出(chu)直(zhi)流负(fu)载(zai)线(xian)(xian)，见上图（b）。直(zhi)流负(fu)载(zai)线(xian)(xian)与(yu)uGS＝UGSQ一条漏(lou)(lou)极特(te)性(xing)的(de)(de)(de)(de)交点(dian)确定了漏(lou)(lou)极特(te)性(xing)曲(qu)线(xian)(xian)上Q点(dian)的(de)(de)(de)(de)位(wei)置(zhi)。由(you)此可(ke)找到静(jing)态时的(de)(de)(de)(de)UDSQ和(he)IDQ值(zhi)。

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(xiao)应管的类型及(ji)其特性，为设(she)置合适(shi)的静(jing)态(tai)工(gong)作点，在输入回(hui)路和输出回(hui)路应分别加上合适(shi)的直流(liu)。表一中(zhong)(zhong)列出了各类fet对偏置电(dian)压的要求。在实际电(dian)路中(zhong)(zhong)，常采用自(zi)给偏压电(dian)路和分压式偏置电(dian)路。

自给栅(zha)偏压电路——只能(neng)用于耗尽型场效应管

n沟(gou)道(dao)(dao)耗(hao)尽(jin)型(xing)(xing)(xing)绝缘栅(zha)(zha)(zha)场(chang)效(xiao)(xiao)应管(guan)的自给栅(zha)(zha)(zha)偏(pian)(pian)压电(dian)(dian)路(lu)(lu)如图(tu)1（a）所示(shi)。其直(zhi)流(liu)通路(lu)(lu)如图(tu)1（b）所示(shi)。因栅(zha)(zha)(zha)极电(dian)(dian)流(liu)ig≈0，静态时(shi)栅(zha)(zha)(zha)极直(zhi)流(liu)电(dian)(dian)位vg=0，且耗(hao)尽(jin)型(xing)(xing)(xing)场(chang)效(xiao)(xiao)应管(guan)即使在vgs=0时(shi)也存在导电(dian)(dian)沟(gou)道(dao)(dao)，所以id流(liu)过rs产生的直(zhi)流(liu)压降vgs=vg-vs= -idrs，正好作(zuo)为偏(pian)(pian)置电(dian)(dian)压。注意这种电(dian)(dian)路(lu)(lu)只适用于(yu)耗(hao)尽(jin)型(xing)(xing)(xing)场(chang)效(xiao)(xiao)应管(guan)，而(er)(er)不(bu)适用于(yu)增强(qiang)型(xing)(xing)(xing)场(chang)效(xiao)(xiao)应管(guan)。这是因为图(tu)e4a20231001z 01中若n沟(gou)道(dao)(dao)耗(hao)尽(jin)型(xing)(xing)(xing)绝缘栅(zha)(zha)(zha)场(chang)效(xiao)(xiao)应管(guan)换成n沟(gou)道(dao)(dao)增强(qiang)型(xing)(xing)(xing)绝缘栅(zha)(zha)(zha)场(chang)效(xiao)(xiao)应管(guan)，则因n沟(gou)道(dao)(dao)增强(qiang)型(xing)(xing)(xing)绝缘栅(zha)(zha)(zha)场(chang)效(xiao)(xiao)应管(guan)要求vgs>;0,而(er)(er)该电(dian)(dian)路(lu)(lu)不(bu)能提供正确的偏(pian)(pian)置条件(jian)，不(bu)适用于(yu)增强(qiang)型(xing)(xing)(xing)场(chang)效(xiao)(xiao)应管(guan)。双极型(xing)(xing)(xing)显(xian)然也不(bu)能采用这种偏(pian)(pian)置电(dian)(dian)路(lu)(lu)。

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