场效应晶体管的放大电路设计

由于转移特性的差别，三种场效应晶体管对偏置电压有不同要求，再加场效应晶体管为高电阻输入的原因，偏置问题可依据使用环境灵活解决。

对于结型场效应晶体管，可用电流串联负反馈为栅极提供负偏压，称为自给式，如图3-27所示。漏极电流I_D在R_S上形成上正下负的电压，经R_G加到栅极，使栅极相对源极为负电压。C_S为交流旁路电容，用于消除R_S对交流信号的负反馈作用。

图3-27 结型场效应晶体管的自给式偏置

第一章介绍的驻极体传声器中结型场效应晶体管的负偏压是由驻极体的电荷极性决定的。

图3-28为N沟道耗尽型绝缘栅场效应晶体管的共源极放大电路及其直流通路，是另一种偏置电路结构。

图3-28 共源极放大电路

放大电路中各元器件的作用如下：

VF为绝缘栅耗尽型场效应晶体管。

U_DD是漏极电源，为放大电路提供能源。

R_G1、R_G2、R_G是偏置电阻，组成分压偏置电路。

R_S是源极电阻，有稳定工作点和自给负偏压的双重作用。

R_D是漏极电阻，它能把漏极信号的电流变换转变为电压的变化。

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。

C_S是源极旁路电容，给源极交流信号电流提供一条通路，以免交流信号在R_S产生负反馈。

1.场效应晶体管放大电路的静态分析

场效应晶体管放大电路与晶体管放大电路一样，为使交流信号正常输入和放大，也需要适当的直流工作状态，而且三种场效应晶体管对栅极偏置电压的要求不同。

场效应晶体管放大电路的静态同样可用估算法进行分析。估算的基础参数是场效应晶体管的夹断电压U_GS（off）（或开启电压U_GS（th））和漏极饱和电流I_DSS。估算的目的是求出静态工作点的I_D与U_GS值，再依据I_D值计算U_DS，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，U_DS应在（1/3～2/3）U_DD范围之内。

对于场效应晶体管放大电路的估算，本书只介绍估算关系式，电路中元器件不给具体参数。

在图3-29a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，R_G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R_G上的电流I_G=0，R_G上压降为零，所以，G点电位与A点电位相同，因此有

栅源间电压为

由关系式可以看出，这种分压与自给式混合偏置方式的U_GS值可正可负、还可为零，能适应三种场效应晶体管的偏置要求，只需依照场效应晶体管的类型设置R_G1、R_G2和R_S的阻值。

通过解如下两式：

(www.xing528.com)

构成的联立方程组，就可求出I_D与U_GS值，并能计算U_DS

U_DS=V_DD-I_D（R_D+R_S）

为充分发挥场效应晶体管的放大能力，应依照其特点使用。例如：耗尽型场效应晶体管更适于在正、负双电源放大电路中使用；增强型场效应晶体管则可与各类晶体管放大电路随意混用；结型场效应晶体管更适于作为开关使用，负压偏置问题可直接用输入信号解决。

测试场效应晶体管放大电路中各点的静态电压时应使用内阻高的万用表，最好用数字式万用表。

2.场效应晶体管放大电路的动态分析

场效应晶体管的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3-29b、c所示。

图3-29 共源极放大电路的三种变换

a）直流通路 b）交流通路 c）微变等效电路

在图3-29c中，由于场效应晶体管的输入电阻R_GS非常大，可以略去不画，如图中虚线所示。

在场效应晶体管放大电路中，漏、源、栅三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U_gs控制的电流。gm称为跨导，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

R_L′=R_D//R_L

则放大电路的输出电压为

电压放大倍数为

上式中的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r_i可用如下公式求出：

r_i=R_G+R_G1//R_G2

输出电阻r_o可用下面的公式求出：

r_o≈R_D

场效应晶体管的放大电路也有共源极、共栅极、共漏极三种组态。