各種場效應(yīng)管放大電路圖原理-場效應(yīng)管放大電路識圖方法詳解-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,交流信號通過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電壓。放大后的信號送入三極管的基極,由三極管放大后輸出較純凈的音頻信號送到耳機。
圖3-27所示是FM收音機調(diào)諧電路,它是由高頻放大器VT1、混頻器VT3和本機振蕩器VT2等部分構(gòu)成的。天線感應(yīng)的FM調(diào)頻廣播信號,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)成本機振蕩器,振蕩信號由振蕩變壓器的次級送往混頻電路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。
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Ui經(jīng)C,加到柵一源極時,使柵極偏壓隨信號而變,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)管單管甲類前級放大器見圖1。Tn源極電位實測為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,該工作點的線性最好。
該級放大器放大倍數(shù)依據(jù)公式Au=-gmRf3計算,式中g(shù)m——場效應(yīng)管的跨導(dǎo)。2SK30AMT在VDs=10V,VGS=0V時的最小跨導(dǎo)gm=1.2ms。那么該級放大器放大倍數(shù)為6.72。音量調(diào)節(jié)通過進(jìn)階開關(guān)加11個固定電阻進(jìn)行,每個電阻10k。這樣做的好處是既經(jīng)濟(jì),質(zhì)量又好。音量調(diào)節(jié)實為10級,聽音效果十分理想。
第二級放大電路作源極輸出器,旨在匹配電路,提高前級的負(fù)載能力,放大倍數(shù)近似為1。靜態(tài)工作點仍然十分重要,Tf2源極電位實測為5.5V,位于電源電壓的中值附近,很好。在該級上,同樣可算出漏極電流2.75mA,也要滿足甲類放大器對靜態(tài)的要求。隔直電容C17,C18對音質(zhì)的好壞影響較大,選用進(jìn)口名牌WIMA電容。后級放大電路仍采用推挽式、甲乙類放大器對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時的漏極電流。在VGS=0時,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。
場效應(yīng)管的3個電極,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,輸入信號從漏極與柵極之間輸入,輸出信號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,輸入信號從柵極與源極之間輸入,輸出信號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電壓Uo。I2與Ui同相,Uo與Ui反相。
這種偏置電路的優(yōu)點是VT的工作點可以任意選擇,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。其缺點是需要兩個直流電源。
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?,以便輸出信號電壓;RS是源極電阻,其作用是產(chǎn)生一個源極到地的電壓降,以提供源極偏壓,建立靜態(tài)偏置,同時具有電流負(fù)反饋的作用;CS是源極旁路電容,給源極交流信號提供一條通路,以免交流信號在RS上產(chǎn)生負(fù)反饋。
由于場效應(yīng)管在漏極電流較大時,具有溫度上升、漏極電流就減小的特點,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,柵極、源極之間需要加一個負(fù)偏置電壓,這一點與晶體管的發(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,將會在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,因此在這段時間內(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,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,其輸入與輸出信號的波形如圖中所示。Ui和ID的相位相同,與輸出信號電壓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,它常用于收音機電路中作為微弱信號的放大器。
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,但是,若通過一級射極跟隨器,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)動了,如圖5-29所示。該電路在輸出級的前面加入了一級射極跟隨器,以獲得大電流增益,這是典型的低輸出阻抗實例。
③ 將源極接地放大器與共基極放大器組合成級聯(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高頻放大的適應(yīng)性相結(jié)合而產(chǎn)生的級聯(lián)式放大器,常作為寬頻帶低噪聲的前置放大器。
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