場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)解析及設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的要求-KIA MOS管

MOS管的靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算

場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)，據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)，利用雙極型三極管與場(chǎng)效應(yīng)管的電極對(duì)應(yīng)關(guān)系，即b→G，e→S，c→D，即可在單管共射放大電路的基礎(chǔ)上，組成共源極放大電路。

上圖是一個(gè)由N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管組成的單管共源極放大電路的原理電路圖。為了使場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)以實(shí)現(xiàn)放大作用，對(duì)于N溝道增強(qiáng)型MOS管來說，應(yīng)滿足以下條件：uGS＞UT uDS＞uGS-UT 其中UT為N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管的開啟電壓。

一、靜態(tài)分析  為了分析共源極放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，可以利用近似估算法或圖解法。（一）近似估算法  在上圖中，由于MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電流為零，因此電阻RG上沒有電壓降，則當(dāng)輸入電壓等于零時(shí) UGSQ＝VGG（2．7．1）由上圖可得UDSQ＝VDD－IDQRD（2．7．4）

（二）圖解法

場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)，為了用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)，應(yīng)先畫出直流負(fù)載線。由上圖電路的漏極回路可列了以下方程：uDS＝VDD－iDRD根據(jù)以上方程，在場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線上畫出直流負(fù)載線，如下圖所示。直流負(fù)載線與uGS=UGSQ＝VGG的一條輸出特性的交點(diǎn)即是靜態(tài)工作點(diǎn)Q。由圖可得靜態(tài)時(shí)的IDQ和UDSQ，見下圖。

二、動(dòng)態(tài)分析 同樣可以利用微變等效電路法對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管放大電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。首先討論場(chǎng)效應(yīng)管的等效電路。由于漏極電流iD是柵源電壓uGS和漏源電壓uGS的函數(shù),根據(jù)式（2．7．8）可畫出場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路，如下圖所示。圖中柵極與源極之間雖然有一個(gè)電壓Ugs，但是沒有柵極電流，所以柵極是懸空的。D、S之間的電流源gmUgs也是一個(gè)受控源，體現(xiàn)了Ugs對(duì)Id的控制作用。

等效電路中有兩個(gè)微變參數(shù)：gm和rDS。它們的數(shù)值可以根據(jù)式（2．7．6）和（2．7．7）中的定義，在場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線上通過作圖的方法求得。一般gm的數(shù)值約為0.1至20mS。rDS的數(shù)值通常為幾百千歐的數(shù)量級(jí)。當(dāng)漏極負(fù)載電阻RD比rDS小得多，可認(rèn)為等效電路中的rDS開路。

2．7．2 分壓－自偏壓式共源放大電路靜態(tài)時(shí)，柵極電壓由VDD經(jīng)電阻R1、R2分壓后提供，靜態(tài)漏極電流渡過電阻RS產(chǎn)生一個(gè)自偏壓，場(chǎng)效應(yīng)管的靜態(tài)偏置電壓UGSQ由分壓和自偏壓的結(jié)果共同決定，因此稱為分壓－自偏壓式共源放大電路。引入源極電阻RS也有利于穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，而旁路電容CS必須足夠大，以免影響電壓放大倍數(shù)。接入柵極電阻RG的作用是提高放大電路的輸入電阻。

一、靜態(tài)分析（一）近似估算法 根據(jù)圖2．7．7的輸入回路可求得  UDSQ＝VDD－IDQ（RD＋RS）（2．7．13）（二）圖解法 為了分析分壓－自偏壓式共源放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，也可心在場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性和漏極特性上利用作圖的方法求解。

場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)，表達(dá)式可用一條直線表示，見上圖（a）。另外，iD與uGS之間又必須滿足轉(zhuǎn)移特曲線的規(guī)律，所以二者的交點(diǎn)即是靜態(tài)工作點(diǎn)Q。根據(jù)轉(zhuǎn)移特性上Q點(diǎn)的位置可求得靜態(tài)的UGSQ和IDQ值，見上圖（a）。電路的漏極回路可列出以下方程：uDS＝VDD—iD(RD＋RS)由此可在漏極特性曲線上畫出直流負(fù)載線，見上圖（b）。直流負(fù)載線與uGS＝UGSQ一條漏極特性的交點(diǎn)確定了漏極特性曲線上Q點(diǎn)的位置。由此可找到靜態(tài)時(shí)的UDSQ和IDQ值。

不同類型場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的基本放大電路，在設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)有何特殊要求？

根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管的類型及其特性，為設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，在輸入回路和輸出回路應(yīng)分別加上合適的直流。表一中列出了各類fet對(duì)偏置電壓的要求。在實(shí)際電路中，常采用自給偏壓電路和分壓式偏置電路。

自給柵偏壓電路——只能用于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管

n溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的自給柵偏壓電路如圖1（a）所示。其直流通路如圖1（b）所示。因柵極電流ig≈0，靜態(tài)時(shí)柵極直流電位vg=0，且耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管即使在vgs=0時(shí)也存在導(dǎo)電溝道，所以id流過rs產(chǎn)生的直流壓降vgs=vg-vs= -idrs，正好作為偏置電壓。注意這種電路只適用于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管，而不適用于增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。這是因?yàn)閳De4a20231001z 01中若n溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管換成n溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管，則因n溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管要求vgs>;0,而該電路不能提供正確的偏置條件，不適用于增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。雙極型顯然也不能采用這種偏置電路。

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