用场效应晶体管放大模拟信号也要有合适的静态工作点,才能保证全周期放大的动态范围。结型、耗尽型、增强型3种场效应晶体管的转移特性不同,需要不同的偏置电压,也用到了负反馈原理。
1.结型场效应晶体管的偏置
结型场效应晶体管的栅极PN结需要反向偏置,不能与漏极共用电源。
(1)用驻极体电容提供负偏压
驻极体传声器的结构如图3-48所示。
驻极体传声器的原理结构如图3-49所示。
图3-48 驻极体传声器内部结构及检测
图3-49 驻极体传声器的原理结构
N沟道结型场效应晶体管的偏置电压由驻极电容提供,带正电的驻极薄膜接源极,受感应带负电的背极板接栅极,形成栅源负偏压,驻极体传声器的主体结构是驻极体(能永久保持电荷的塑料)薄膜与导体背极组成的带电电容和场效应晶体管。已驻入电荷的薄膜电容具有类似压电效应的作用,可将薄膜的振动转换为相应的电压信号。但信号微弱,而且电容阻抗高,不能与普通电路匹配,加用一只场效应晶体管将信号放大并转换阻抗(场效应晶体管是输入电阻很高、输出电阻较低的器件)。
驻极体传声器属于电容式传声器,以其体积小、灵敏度高、频响特性平坦等特点而被广泛使用。驻极体传声器可用万用表直接检测,为适应场效应晶体管对电流的需要,检测驻极体传声器时,万用表应选用R×100Ω电阻挡位。黑表笔接传声器的正极(场效应晶体管的D极),红表笔接传声器的外壳(负极,场效应晶体管的S极),然后对传声器正面做短促吹气,同时观察表针摆动情况,摆动幅度越大说明越灵敏。
(2)利用负反馈为结型场效应晶体管放大器提供负压偏置
在电路中利用负反馈解决结型场效应晶体管放大器的负压偏置,如图3-50所示。
通过电阻RG把电流负反馈电阻RS上的反馈电压加在栅、源两极之间,构成负偏压。为消除交流负反馈影响,RS上并联有旁路电容CS,这种偏置称为自给偏置。
2.场效应晶体管放大电路的混合偏置
图3-51所示的N沟道耗尽型绝缘栅场效应晶体管放大器采用混合偏置。
图3-50 结型场效应晶体管的自生负偏压
图3-51 混合偏置放大电路
放大电路中各元器件的作用如下:
1)VDD是漏极电源,为放大电路提供能源。
2)RG1、RG2、RG是栅极电阻,组成分压偏置电路。
3)RS是源极电阻,构成自给负偏压,并有稳定工作点的作用。
4)RD是漏极电阻,它能把漏极信号的电流变换为电压的变化。
5)C1、C2分别是输入、输出耦合电容,起传输交流信号、阻断直流信号的作用。
6)CS是源极旁路电容,给源极交流信号电流提供一条通路,消除交流信号在RS产生负反馈,提高交流增益。
(1)静态估算分析
图3-51所示电路的直流通路如图3-52所示。
对于场效应晶体管放大电路静态估算的基础参数是场效应晶体管的关断电压UGS(off)(或开启电压UGS(th))和漏极饱和电流IDSS。估算的目的是求出静态工作点的ID与UGS值,再依据ID值计算UDS,判断电路的工作点是否合适。与晶体管放大电路相似,为使输出信号幅度较大又降低失真,UDS应在(1/3~2/3)UDD范围之内。
图3-52 混合偏置放大电路的直流通路
在图3-52所示的共源极放大直流通路中,由于偏置电阻的引入会降低电路的输入电阻,RG是为了提高放大电路的输入电阻而设置的。由于场效应晶体管的输入电阻很大,流过RG上的电流IG=0,RG上电压降为零,所以G点电位与A点电位相同,因此
栅源间电压为(www.daowen.com)
由关系式可以看出,这种分压与自给式混合偏置方式的UGS值可正可负,还可为零,能适应3种场效应晶体管的偏置要求,只需依照场效应晶体管类型设置RG1、RG2和RS的阻值即可。
再通过解如下两式:
构成的联立方程组,就可求出ID与UGS的值,并能计算UDS:
场效应晶体管放大电路各点的静态电压测试应使用内阻高的万用表,最好用数字万用表。
(2)场效应晶体管放大电路的动态分析
图3-53a所示为图3-51所示电路的交流等效电路。
图3-53 共源极放大电路的变换
这里只介绍场效应晶体管放大电路的交流估算法关系式,不做具体量值计算。
场效应晶体管共源极放大电路与晶体管的共发射极放大电路相似,如果电路工作在小信号放大情况下,信号的动态范围较小,如果静态工作点又选得合适,那么场效应晶体管可以看成是线性器件,从而可以画出它的交流通路和微变等效电路,如图3-53b所示。
在图3-53b中,由于场效应晶体管的输入电阻RGS非常大,可以略去不画,如图3-53b中虚线所示。
在场效应晶体管放大电路中,漏、源、栅3极交流电压信号的相位关系与晶体管相同,正弦量计算可简化用有效值进行。
由微变等效电路可见,在场效应晶体管的放大电路中:
受Ugs控制的电流
式中 gm——跨导,是表征场效应晶体管栅源电压对漏极电流控制能力的参数,是个已知参量。
令
则放大电路的输出电压为
电压放大倍数为
负号表示输出电压与输入电压反相。
场效应晶体管电路的交流增益可用指针式万用表检测,放大倍数可用示波器显示测算,具体测试操作方法与晶体管放大电路测试相同,不再赘述。
输入电阻ri可用式
求出。
输出电阻ro可用式
求出。
场效应晶体管交流放大电路也有共源极、共栅极、共漏极三种组态。
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