電子學ch9教案

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第9章
場效電晶體放大電路
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9-1
FET 放大器工作原理
9-2
FET交流等效電路
9-3
共源極放大電路
9-4
共汲極放大電路
9-5
共閘極放大電路
9-1 FET 放大器工作原理
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1. JFET放大器
節目錄
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VGS  VG  VS  0  ID R S   ID R S
(1) 電路特性
自給偏壓方式。
C2 可以防止負回授,以提高電壓增益。
(2) 工作原理
vgs 正半週時,逆壓減少, id 增加。
汲、源極電壓變化之波形和閘、源極
電壓波形相差180°。
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2. 空乏型MOSFET放大器
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工作原理
當 vgs 為負時,MOSFET呈現空乏模式
特性,並使id 減少。
當 vgs 為正時,MOSFET呈現增強模式
特性,並使id 增加。
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3. 增強型MOSFET放大器
經 C1 耦合到閘極,閘極之偏壓
為正電壓,且需VGS  Vth。
v i 造成 vgs 電壓在Q點上、下振動
,進而使 id 產生變化。
vi
工作原理
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9-2 FET 交流等效電路
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1. FET的小訊號參數
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放大因數    vds
vgs
(1) 定義
互導 g m 
 id
vgs
 id 0
vds
vgs
id

vgs
vd s  定值

vd s  0
汲極電阻 rd  vds
 id

vg s 0
vds
id
id  定值
vg s 定值
(2) 三個參數的關係:  =g m  rd
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2. FET等效電路
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(續)
(1) 諾頓等效電路:汲、源極之間有一電流源,
同時還有汲、源極間的內電阻 rd 與之並聯。
(2) 戴維寧等效電路:汲、源極之間有一電壓源
,同時還有內電阻 rd 與之串聯。
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3. FET放大器的基本組態
(1) 三種組態
共源極(CS):能提供最佳的電
壓增益,是應用最廣泛的放
大器。
共汲極(CD):在電壓增益近於
1的情形下提供同相輸出。
共閘極(CG):很少被採用,但
也可在同相情形下提供電壓
增益。
(2) BJT中的CE、CC與CB放大器在FET中所對應
的電路是CS、CD與CG放大器。
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9-3 共源極放大電路
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一、共源極放大器(源極未接 R S)
1. 共源極第一種型式
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(1) 用諾頓等效電路求電壓增益
vgs = vi
 公式
vo  vds   g m vgs (rd //R D )
A v   g m (rd // R D )
 若 rd  R D,則 Av   g m R D(負號表
示 vo 與 v i 反相180°)。
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(2) 用戴維寧等效電路求電壓增益
Av 
vo

vi
- vgs 
 g m rd 
 公式
RD
rd +R D
vgs
  
RD
rd  R D
RD
 g m (rd //R D )
rd +R D
Zi  R G // ≒ R G
Zo  rd // R D
相位關係: vo 與 v i 反相180°
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 源極未接 R S 時,採用諾頓等效來分析較為合適。
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2. 共源極第二種型式
(1) 電路:源極接上 R S並接有旁路電容 CS 。
(2) 分析時,與第一種型式完全相同。
(3) 電壓增益: Av   gm (rd // R D )
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3. 共源極第三種型式
(1) 電路:輸出端接有負載 R L。
A v   g m (rd // R D // R L )
(2) 公式
Zi  R G
Zo  rd // R D // R L
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二、 共源極放大器(源極含有 R S)
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1. 電路:源極含有 R S,但未接旁路電容,它
具有電流負回授的功能。
精確解
2. 公式
Av   gm 
rd  R D
R D  rd  (1   ) R S
近似解(若 rd  R D)
Av 
g m R D
1  gm RS
3. 將電壓增益的精確解更改為
v o    vi 
RD
R D  rd  (1   ) R S
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4. 改繪成圖9-19所示之等效電路
(1) 若由FET之汲極往內看時,閘極訊號 vi
被放大  倍(負號表示相位差180°)。
(2) 源極電阻反射到汲極時,被放大(1 )
倍。
Zo '  rd  (1   ) R S
(3) 公式
Zo   rd  (1   ) R S  // R D
Zi  R G //  ≒ R G
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三、共源極MOSFET放大器
1. 偏壓情形
空乏型MOSFET偏壓通常為零偏壓。
增強型MOSFET偏壓要使 VGS  Vth。
2. 交流分析
空乏型MOSFET和JFET放大器相同。
增強型MOSFET則與JFET、空乏型
MOSFET相同。
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9-4 共汲極放大電路
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精確解
1. 公式
Av  gm 
rd R S
rd  (1   ) R S
近似解(   1 或 rd 甚大)
Av 
gm RS
1  gm RS
2. 特性:電壓增益 A v 小於1(但近於1)
且輸出與輸入同相。
3. 將〔公式9-8〕修正為
v o   vi 
RS
RS
 vi


rd  (1   ) R S 1   R  rd
S
1 
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4. 繪出如圖9-26所示之等效電路
(1) 由源極端往內看時,汲極上的電阻 rd 反射
1
到源極時被放大 1+ 倍。
(2) 閘極訊號電壓被放大
Zo ' 
5. 公式

1+
倍。
rd
rd
1

≒
1   1  g m rd
gm
Zo  R S // Zo '  R S //
Zi  R G //  ≒ R G
1
gm
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9-5 共閘極放大電路
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1. 特性:低輸入阻抗,高輸出阻抗。
vi  vsg  Vs  Vg
Av  g m  (R D // R L )
2. 公式
Zi  R S // Zi '
Zo  R D // R L
Zi ' 
1
gm
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