=== 第九章 場效電晶體放大電路 ===
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=== 第九章 場效電晶體放大電路 ===. 第 9 章 場效電晶體放大電路. 9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路 9-2 共源極放大電路 9-3 共汲極放大電路 9-4 共閘極放大電路 9-5 FET 及 BJT 串級放大電路之比較. 9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路. 因為各種 FET 放大器的工作原理皆相同,所以本小節將以 N 通道 E-MOSFET 為例,來說明 FET 放大器之工作原理。. 9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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=== 第九章 場效電晶體放大電路 ===
9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路9-2 共源極放大電路9-3 共汲極放大電路9-4 共閘極放大電路9-5 FET 及 BJT 串級放大電路之比較
第 9章 場效電晶體放大電路
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
因為各種 FET 放大器的工作原理皆相同,所以本小節將以 N 通道 E-MOSFET 為例,來說明 FET 放大器之工作原理。
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
FET 作為放大器使用時,如果放大電路沒有直流偏壓而直接加入交流信號時,其交流放大信號輸出為非全週期放大,如圖 9-1(a) 所示輸入輸出 Vgs − Id 交流信號放大特性曲線。因此,為得到全週期放大,必須先將放大電路施予一個特定直流偏壓工作點 Q (VGSQ , IDQ) 後,再輸入交流信號,如圖 9-1(b) 所示。由此可知, FET 放大器之直流偏壓功能和 BJT 放大器相同。
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
在圖 9-1(b) 中,如果 FET 放大電路之輸入交流信號vgs 電壓夠小時,其放大線段 a 、 b 兩點區域近似於直線,則 FET 之放大特性為線性放大,即輸出為不失真之放大信號 id 電流,否則為非線性放大,如圖9-1(c) 所示。
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
圖 9-2 為 FET 交流放大電路之各點波形,和 BJT 一樣,只要適當的直流工作點和夠小的輸入信號,就可以得到線性且不失真之輸出信號。若輸出直流偏壓工作點 Q (VDSQ , IDQ ) 靠近歐姆區或截止區時,將造成輸出信號被截波掉而失真。
圖 9-2 電路中,電容 CG 與 CD 為耦合交連電容,功用為阻隔直流及耦合交流信號,和 BJT 放大電路之 CB 與 CC 相同;電容 CS 為旁路電容,功用為提高交流增益值,和 BJT 放大電路之 CE 相同。
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
只要適當的直流偏壓工作點及夠小的輸入交流信號,能讓輸出放大信號維持在夾止飽和區內,即可得到線性不失真的放大。此時 FET 的交流等效電路模型,如圖 9-3 所示,說明如下:
因為 MOSFET 輸入端的絕緣特性或 JFET 輸入端的逆偏特性,使閘極輸入電流 ig = 0 ,故閘極端交流等效輸入電阻 rig = ∞ 。
FET 閘極端交流等效輸入電阻 rig = ∞11
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
FET 交流互導增益(或稱電導增益) g
m
22
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
FET 交流等效輸出電阻 ro33
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
例題 9-1
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
例題 9-2
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
例題 9-3
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
FET 交流信號放大組態,依輸入端與輸出端之不同,可分為共源極( common source, CS )、共汲極(common drain, CD )及共閘極( common gate, CG)。 FET 與 BJT 交流信號放大組態之對照,如表9-1 所示。
FET 交流信號放大組態11
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
由上表所示可知, FET 之閘極端不可作為輸出端,相當於 BJT 之基極端不可作為輸出端。
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
由前述之 FET 交流放大原理說明,可知 FET 交流放大電路求解步驟與 BJT 交流放大電路求解步驟相同,可分為直流分析及交流分析,其求解流程,如圖 9-6 所示。
FET 交流放大求解步驟22
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9-1 FET 放大器工作原理及交流等效電路
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9-2 共源極放大電路
共源極( CS )放大電路的輸入端為閘極端,輸出端為汲極端,共接端為源極端,且其輸出信號為輸入信號之反相放大。此放大組態相當於 BJT 之共射極( CE )放大電路。
圖 9-7(a) 為 E-MOSFET 固定式偏壓共源極放大電路,圖 9-7(b) 為電容視為開路後之直流等效電路。
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
分析交流時,放大電路中之電容與直流電壓,皆應視為短路,如圖 9-8(a) 交流等效電路。若 FET 之交流等效輸出電阻 ro 很大,可忽略時,由圖 9-8(b) FET 不含 ro 之交流等效電路,可得:
上式負號是因為電流由下往上流過電阻 RD ,所以輸出電壓 Vo 對地為負電壓,其表示共源極放大輸出信號為輸入信號之反相放大,即輸出與輸入相差 180 度。
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
例題 9-4
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
圖 9-10(a) 為有旁路電容 CS 之 E-MOSFET 分壓式偏壓共源極放大電路,圖中旁路電容 CS 之作用為提高交流電壓增益,此和 BJT 共射極放大電路之旁路電容 CE 相同。圖 9-10(b) 為交流等效電路。
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
由交流等效電路,可得電壓增益:
上式結果表示,無旁路電容 CS 之共源極放大電路增益 Av 小於有旁路電容 CS 之共源極放大電路。也就是說,共源極放大電路加入旁路電容 CS ,可提高交流電壓增益。
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9-2 共源極放大電路
例題 9-5
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
例題 9-6
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
無旁路電容 CS 之共源極放大電路,若 ro ≠∞ 時,因為增益 Av 與輸出電阻 Ro 的計算稍微困難些,所以省略之,請讀者自我挑戰。提示:可先將輸出電流源轉換為電壓源,即可分析得解。
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9-2 共源極放大電路
例 9-7 圖為 JFET 自給式偏壓共源極放大電路,交流等效電路如例題 9-7 之解所示。
自給式偏壓不適用於 E-MOSFET ,其說明請參閱第 8 章。
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9-2 共源極放大電路
例題 9-7
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9-2 共源極放大電路
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9-2 共源極放大電路
例 9-8 圖為 E-MOSFET 汲極回授式偏壓共源極放大電路,圖中電容 CP 為反交連電容,其功能為防止輸入與輸出交流信號,經由 RG1 與 RG2 相互影響,其角色類似旁路電容。交流等效電路如例題 9-8 之解所示。
汲極回授式偏壓不適用於 D-MOSFET 與 JFET ,其說明請參閱第 8 章。
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9-2 共源極放大電路
例題 9-8
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9-2 共源極放大電路
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9-3 共汲極放大電路
共汲極( CD )放大電路的輸入端為閘極端,輸出端為源極端,共接端為汲極端,且其輸出信號為輸入信號之同相放大。此放大組態相當於 BJT 之共集極( CC )放大電路。
圖 9-13(a) 為 E-MOSFET 分壓式偏壓共汲極放大電路,圖 9-13(b) 為交流等效電路。
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9-3 共汲極放大電路
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9-3 共汲極放大電路
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9-3 共汲極放大電路
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9-3 共汲極放大電路
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9-3 共汲極放大電路
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9-3 共汲極放大電路
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9-3 共汲極放大電路
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9-3 共汲極放大電路
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9-3 共汲極放大電路
例題 9-9
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9-3 共汲極放大電路
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9-3 共汲極放大電路
例 9-10 圖為 JFET 自給式偏壓共汲極放大電路,交流等效電路如例題 9-10 之解所示。
自給式偏壓不適用於 E-MOSFET ,其說明請參閱第 8 章。
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9-3 共汲極放大電路
例題 9-10
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9-3 共汲極放大電路
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9-4 共閘極放大電路
共閘極( CG )放大電路的輸入端為源極端,輸出端為汲極端,共接端為閘極端,且其輸出信號為輸入信號之同相放大。此放大組態相當於 BJT 之共基極( CB )放大電路。
圖 9-16(a) 為 E-MOSFET 分壓式偏壓共閘極放大電路,圖中旁路電容 CG 的功能是確保閘極為交流信號共接地特性。圖 9-16(b) 為交流等效電路。
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9-4 共閘極放大電路
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9-4 共閘極放大電路
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9-4 共閘極放大電路
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9-4 共閘極放大電路
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9-4 共閘極放大電路
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9-4 共閘極放大電路
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9-4 共閘極放大電路
例題 9-11
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9-4 共閘極放大電路
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9-5 FET 及 BJT 串級放大電路之比較
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9-5 FET 及 BJT 串級放大電路之比較
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9-5 FET 及 BJT 串級放大電路之比較
例題 9-12
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9-5 FET 及 BJT 串級放大電路之比較
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9-5 FET 及 BJT 串級放大電路之比較
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9-5 FET 及 BJT 串級放大電路之比較
若將例 9-12 圖 (a) 與例 9-12 圖 (b) 之旁路電容拿掉,則其電壓增益 Av 分別為何?
12.
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9-5 FET 及 BJT 串級放大電路之比較
為了得到更高的電壓增益值, FET 也可採用串級放大電路,至於 FET 串級放大電路之分析推導與計算,和 BJT 串級放大電路雷同,故先請參閱與複習第7 章之相關章節後,再研讀本小節例題說明。
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9-5 FET 及 BJT 串級放大電路之比較
例題 9-13
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9-5 FET 及 BJT 串級放大電路之比較
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9-5 FET 及 BJT 串級放大電路之比較
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9-5 FET 及 BJT 串級放大電路之比較
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9-5 FET 及 BJT 串級放大電路之比較