第七章 場效電晶體的 偏壓
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第七章 場效電晶體的 偏壓. 1. 應用於所有 FET 放大器直流分析之一般關係式. 對所有 FETs:. 對 JFETS 與空乏型 MOSFETs :. 對增強型 MOSFETs:. 2. 常見的 FET 偏壓電路. JFET 固定偏壓 自偏壓 分壓器偏壓 空乏型 MOSFET 自偏壓 分壓器偏壓 增強型 MOSFET 回授組態 分壓器偏壓. 3. JFETs. JFETs 不同於 BJTs • 介於輸入 (V GS ) 與輸出 (I D ) 之間的非線性關係。 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
第七章第七章 場效電晶體的 場效電晶體的偏壓偏壓
11
應用於所有應用於所有 FETFET 放大器直流分析之一般關係式放大器直流分析之一般關係式
對所有 FETs:
AIG 0
SD II
對 JFETS 與空乏型 MOSFETs:
2
P
GSDSSD V
V1II
對增強型 MOSFETs:
2)( TGSD VVkI
22
JFETJFET• 固定偏壓 • 自偏壓 • 分壓器偏壓
空乏型空乏型 MOSFETMOSFET•自偏壓•分壓器偏壓
增強型增強型 MOSFETMOSFET•回授組態•分壓器偏壓
常見的常見的 FET FET 偏壓電路偏壓電路
33
JFETsJFETs
JFETs 不同於 BJTs
• 介於輸入 (VGS) 與輸出 (ID) 之間的非線性關係。
• JFETs 為電壓控制的元件 , 而 BJTs 是電流控制的裝元件。
44
固定偏壓組態固定偏壓組態
圖 7.1 固定偏壓組態
55
固定偏壓組態固定偏壓組態
66
圖 7.2 直流分析電路
對固定偏壓電路作直流分析時,電路中之藕合電容 和 可視為開路,且因 ,所以 ,因此可將圖 7.1 簡化為圖 7.2 。
1C 2C
A0GI V0GRV
* 因為 為固定直流電源, 所以 之大小為定值,故 此組態稱為固定偏壓組態。
GGV
GSV
固定偏壓組態固定偏壓組態例題 7.1
V 0 f.
V 2 e.
V 75.4 d.
V 75.4)2)(625.5(16 c.
mA625.5)8
21(10)1( b.
2 a.
22
S
GSG
DSD
DDDDDS
P
GSDSSD
GGGS
V
VV
VV
kmAVRIVV
V
VmA
V
VII
VVV
Q
Q
77
圖 7.6
自偏壓組態自偏壓組態
88
圖 7.8 JFET 自偏壓組態
對自偏壓電路作直流分析時,電路中之藕合電容 和 可視為開路,且因 ,所以 ,因此可將圖 7.8 簡化為圖 7.9 。
自偏壓組態自偏壓組態
1C 2C
A0GI V0GRV
圖 7.9 自偏壓組態之直流分析電路
SD
RGSRGS
SDR
DS
RI
VVVV
RIV
II
sS
S
0-
從回路中可得:
99
SDGS RIV 求解此方程式 :
• 選取一 ID < IDSS 值被使用 RS 元件值。
• 繪出該點 : ID 與 VGS 以及繪出自座標原點到該點的直線。
• 使用 IDSS 與 VP ( 在規格表中的 VP = VGSoff) 繪出轉移曲線圖,以及一些點像是 ID = IDSS / 4 與 ID = IDSS / 2 等。
自偏壓組態自偏壓組態在所標示迴路中 ,
1010
圖 7.9
圖 7.10
DRDDSDSD
SDS
DSDDDDS
VVVVV
RIV
RRIVV
)(
1111
Q- 點是位於先前的直線與轉移曲線的交點, 使用在 Q- 點的 ID 值 (IDQ) 來求解其他的電壓 :
自偏壓組態自偏壓組態
圖 7.11
自偏壓組態例題自偏壓組態例題
例題 7.2
圖 7.12
1212
自偏壓組態自偏壓組態例題例題
V4)1)(4(
可得mA 4 選擇
kmAV
,I
RIV
DS
D
SDGS
V8)1)(8(
可得mA 8 選擇同理,
kmAV
,I
DS
D
圖 7.13
a.
1313
自偏壓組態自偏壓組態例題例題
2)1(P
GSDSSD V
VII
V 6PV已知 和 ,根據蕭克萊方程式:
mA 8DSSI
可得到元件之特性曲線:
圖 7.14
1414
自偏壓組態自偏壓組態例題例題
將圖 7.13 與圖 7.14 結合得到圖 7.15 ,圖中之交點即為元件之操作點 Q ,由圖中可得到:
V 6.2QGSV
b.
mA 6.2QDI
1515
圖 7.15
V 82.8
)3.31)(6.2(20
)(
kkmAV
RRIVV DSDDDDS
V 0GV
V 6.2
162
kΩΩ mA)(.(RIV SDS
V 42.11
336220
kΩΩ. mA)(.(V
RIVV DDDDD
自偏壓組態自偏壓組態例題例題
c.
d.
e.
f.圖 7.12
1616
分壓器偏壓分壓器偏壓
IG = 0A
不同於 BJTs— 其中 IB 影響 IC—在 FETs 則是 VGS 控制 ID。
1717
圖 7.21
分壓器偏壓計算分壓器偏壓計算
Q 點是以繪出直線而與轉移曲線交點所建立的。
21
DD2G RR
VRV
VG 是等於分組器 R2 上的電壓 :
使用克希荷夫定理 :
SDGGS RIVV
1818
圖 7.22
分壓器偏壓的分壓器偏壓的 Q-Q- 點點
步驟步驟 11
繪出兩點後畫出直線 :•VGS = VG, ID =0•VGS = 0, ID = VG / RS
步驟步驟 22
繪出 IDSS, VP 與 ID 計算值後畫出轉移曲線。
步驟步驟 33
Q- 點是位在直線與轉移曲線的交點處。
1919
圖 7.23
分壓器偏壓的分壓器偏壓的 Q-Q- 點點
增加 RS 值導致較低之 ID 靜態值及更負之 VGS 值。
2020
圖 7.24
分壓器偏壓計算分壓器偏壓計算
利用在 Q- 點的 ID 值來求解分壓器偏壓電路中的其它變數。
2121
SDS
DDDDD
SDDDDDS
RIV
RIVV
RRIVV
)(
2121 RR
VII DDRR
圖 7.22
分壓器偏壓例題分壓器偏壓例題
例題 7.5
圖 7.25
2222
分壓器偏壓例題分壓器偏壓例題
根據直流分析電路圖 7.22 所示,可得到:
)5.1(82.1 且V 82.1
27.01.2
)16)(270(
21
2
kIVRIV V
MM
Vk
RR
VRV
DSDGGS
DDG
mA 21.1 5.1
82.1I V 0 當
V 82.1 mA 0 當
D
k
VV
VI
GS
GSD
V 8.1 且
mA 4.2
中得到靜態值得7.26 由圖
Q
Q
GS
D
V
I
圖 7.26
2323
V 24.10
)4.2)(4.2(16
kmAV
RIVV DDDDD
V 6.3
5.142
kΩΩ mA)(.(RIV SDS
V 24.8
82.124.10
VV
VVV GDDG
b.
c.
d.
e.
分壓器偏壓例題分壓器偏壓例題
V 64.6
)5.14.2)(4.2(16
)(
kkmAV
RRIVV SDDDDDS
2424
圖 7.25
空乏型空乏型 MOSFETsMOSFETs
空乏型 MOSFET 偏壓電路相似於 JFETs. 唯一不同的是空乏型 MOSFETs 可在正的 VGS 值與大於 IDSS 的 ID 值時操作。
2525
圖 7.27
2626
步驟步驟 11對下列式繪出直線
•VGS = VG, ID = 0•ID = VG/RS, VGS = 0
步驟步驟 22繪出 IDSS, VP 與 ID 的計算值畫出轉移曲線
步驟步驟 33Q- 點是位在直線與轉移曲線的交點處。利用在 Q- 點的 ID 來求解分壓器偏壓電路上的其它變數。
這些與 JFET 電路所使用的計算方法相同。
分壓器偏壓分壓器偏壓
分壓器偏壓例題分壓器偏壓例題例題 7.6
圖 7.27
2727
分壓器偏壓分壓器偏壓
2)1(P
GSDSSD V
VII
V 3PV已知 和 ,根據蕭克萊方程式:
mA 6DSSI
由上式得到元件之特性曲線,如圖 7.28 所示。
根據圖 7.27 之直流分析電路可得到:
)750(5.1 且V 5.1
11010
)18)(18(
21
2
DSDGGS
DDG
IVRIV V
MM
VM
RR
VRV
mA 2
750
5.1I V 0 當
V 5.1 mA 0 當
D
V
R
VV
VVI
S
GGS
GGSD
V 8.0 且
mA 1.3
中得到靜態值得7.28 由圖
Q
Q
GS
D
V
I
圖 7.28
a.
b.
V 1.10
)7508.1)(1.3(18
)(
kmAV
RRIVV SDDDDDS
2828
自偏壓自偏壓
步驟步驟 11對下列值畫出直線
•VGS = VG, ID = 0•ID = VG/RS, VGS = 0
步驟步驟 22繪出 IDSS, VP 與 ID 的計算值後畫出轉移曲線
步驟步驟 33Q- 點是位在直線與轉移曲線的交點處。利用在 Q- 點的 ID 來求解分壓器偏壓電路上的其它變數。
這些與 JFET 電路所使用的計算方法相同。
2929
自偏壓例題自偏壓例題例題 7.8
圖 7.30
3030
2)1(P
GSDSSD V
VII
V 8PV已知 和 ,根據蕭克萊方程式:
mA 8DSSI
由上式得到元件之特性曲線,如圖 7.31 所示。
圖 7.31
a.自偏壓例題自偏壓例題
因自偏偏壓組態,故從直流分析電路中,可得到:
SDGS RIV
mA 5.2
4.2
6I V 6 當
V 0 mA 0 當
D
k
V
R
VV
VI
S
GSGS
GSD
V 3.4 且
mA 7.1
中得到靜態值得7.34 由圖
Q
Q
GS
D
V
I
b.
V 46.9
)2.6)(7.1(20
kmAV
RIVV DDDDDS
3131
增強型增強型 MOSFETMOSFET
增強型 MOSFET 的轉移特性不同於簡單的 JFET 或空乏型 MOSFET。
對 n- 通道增強型MOSFET:• 當閘極對源極電壓低於臨界值 時汲極電流為零。•當 大於 時,汲極電流可定義為
3232
2)( )( ThGSGSD VVkI
)(ThGSV
GSV )(ThGSV
圖 7.32
回授偏壓回授偏壓
3333
增強型 MOSFETs 常見之偏壓為回授偏壓,如圖 7.33 所示:
圖 7.33
圖 7.34
因為 ,因此由圖 7.37 可得到其直流等效電路如圖 7.38 所示。因此得到
mA 0GI
DDDD
GSDS
RIV
VV
GSV 且
回授偏壓回授偏壓 Q-Q- 點點
步驟步驟 11利用下列式繪出直線
•VGS = VDD, ID = 0•ID = VDD / RD , VGS = 0
步驟步驟 22利用規格表的數值,依下列式子畫出轉移曲線。
•VGSTh , ID = 0 •VGS(on), ID(on)
步驟步驟 33Q- 點是位在直線與轉移曲線的交點處。
步驟步驟 44Using 利用在 Q- 點的 ID 值來求解偏壓電路上的其它變數。
3434
圖 7.35
回授偏壓例題回授偏壓例題例題 7.9
圖 7.36
3535
回授偏壓例題回授偏壓例題已知 、 及 ,根據( 7.25 )式解出 ,可得:VV onGS 8)( VV ThGS 3)( k
232
2)()(
)(2
)(
A/V 1024.0)38(
6
)()(
VV
mA
VV
I
VV
Ik
ThGSonGS
onD
ThGSGS
D
mAI onD 6)(
2)( )(
:根據
ThGSGSD VVkI
得到圖 7.37 所示之特性曲線。
3636
圖 7.37
回授偏壓例題回授偏壓例題
由直流等效電路中可知:
mA 62
120 當
V 120 當)212
k
V
R
VIVV
VVmAI
kΩ(V-I
RIVV
D
DDDGS
DDGSD
D
DDDDGS
V 4.6 且
V 4.6 及
mA 75.2
中得到工作點為7.42 由圖
Q
Q
GSDS
GS
D
VV
V
I
圖 7.38
3737
分壓器偏壓分壓器偏壓
利用下列式子繪出直線與轉移曲線而找到 Q-點 :
21
2RR
VRV DD
G
)( DSDDDDS
SDGGS
RRIVV
RIVV
3838
圖 7.39
分壓器偏壓分壓器偏壓
步驟步驟 11利用下列式子繪出直線
•VGS = VG = (R2VDD) / (R1 + R2), ID = 0 •ID = VG/RS , VGS = 0
步驟步驟 22利用規格表的數值,依下列式子畫出轉移曲線
•VGSTh, ID = 0•VGS(on) , ID(on)
步驟步驟 33直線與轉移曲線的交點處即 Q- 點
步驟步驟 44利用 Q- 點的 ID 值來求解偏壓電路中的其它變數。
3939
分壓器偏壓例題分壓器偏壓例題例題 7.10
圖 7.40
4040
分壓器偏壓例題分壓器偏壓例題根據圖 7.44 之直流等效電路中可得到:
)82.0(18 且V 18
1822
)40)(18(
21
2
kIVRIV V
MM
VM
RR
VRV
DSDGGS
DDG
1.95mA2
82.0
18I V 0 當
8V1 mA 0 當
D
k
V
R
VV
VVI
S
GGS
GGSD
已知 、 及
,根據( 7.25 )式解出 ,可得:
mAI onD 3)(
VV onGS 10)(
VV ThGS 5)(
k
232
2)()(
)(2
)(
A/V 1012.0)510(
3
)()(
VV
mA
VV
I
VV
Ik
ThGSonGS
onD
ThGSGS
D
圖 7.41
V 4.14
)0.382.0)(7.6(40
)(
)( 故
V 5.12 且
mA 7.6
:Q中得到 點為 7.45 由圖
kkmAV
RRIVV
RRIVV
V
I
DSDDDDS
DSDDDDS
GS
D
Q
Q
4141
pp-- 通道通道 FETsFETs
p- 通道 FETs 除了電壓極性與電流方向是相反外,所使用之計算方法與繪圖方法是相同的,而其圖形可以是 n- 通道鏡射圖形。
4242
pp-- 通道通道 FETsFETs例題例題例題 7.11
圖 7.43
4343
pp-- 通道通道 FETsFETs例題例題
根據圖 7.43 之直流等效電路可得到:
SDGGS
DDG
RIV V
kk
Vk
RR
VRV
且V 55.4
6820
)20)(20(
21
2
mA 53.2
8.1
55.4I V 0 當
V 55.4 mA 0 當
D
k
V
R
VV
VVI
S
GGS
GGSD
V 4.1 且
mA 4.3
中得到靜態值得7.48 由圖
Q
Q
GS
D
V
I 圖 7.44
4444
pp-- 通道通道 FETsFETs例題例題
V 7.4
)8.17.2)(4.3(20
)(
0
可得: 根據 求
kkmAV
RRIVV
VRIVRI
LVLV
SDDDDDS
DDDDDSSD
DS
圖 7.43
4545