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第七章 場效電晶體的 偏壓

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。

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第七章 場效電晶體的 偏壓

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  1. 第七章場效電晶體的偏壓 1

  2. 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

  3. 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

  4. JFETs • 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。 4

  5. 固定偏壓組態 圖 7.1固定偏壓組態 5

  6. ＊ 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。 固定偏壓組態 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 。 圖 7.2直流分析電路 6

  7. 固定偏壓組態 例題 7.1 圖 7.6 7

  8. 自偏壓組態 圖 7.8 JFET自偏壓組態 8

  9. 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 。 圖 7.9自偏壓組態之直流分析電路 9

  10. 自偏壓組態 在所標示迴路中, • 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。 圖 7.9 圖 7.10 10

  11. 自偏壓組態 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: 圖 7.11 11

  12. 自偏壓組態例題 例題 7.2 圖 7.12 12

  13. 自偏壓組態例題 a. 圖 7.13 13

  14. 自偏壓組態例題 已知 和 ，根據蕭克萊方程式： 可得到元件之特性曲線： 圖 7.14 14

  15. 自偏壓組態例題 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： b. 圖 7.15 15

  16. 自偏壓組態例題 c. d. e. f. 圖 7.12 16

  17. 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。 圖 7.21 17

  18. 分壓器偏壓計算 VG 是等於分組器R2上的電壓 : 使用克希荷夫定理: Q點是以繪出直線而與轉移曲線交點所建立的。 圖 7.22 18

  19. 分壓器偏壓的 Q-點 • 步驟1 • 繪出兩點後畫出直線: • VGS = VG, ID =0 • VGS = 0, ID = VG / RS • 步驟2 • 繪出 IDSS, VP與ID計算值後畫出轉移曲線。 • 步驟3 • Q-點是位在直線與轉移曲線的交點處。 圖 7.23 19

  20. 分壓器偏壓的 Q-點 增加RS值導致較低之ID靜態值及更負之VGS值。 圖 7.24 20

  21. 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。 圖 7.22 21

  22. 分壓器偏壓例題 例題 7.5 圖 7.25 22

  23. 分壓器偏壓例題 根據直流分析電路圖 7.22所示，可得到： 圖 7.26 23

  24. 分壓器偏壓例題 b. c. d. e. 圖 7.25 24

  25. 空乏型 MOSFETs 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。 圖 7.27 25

  26. 分壓器偏壓 • 步驟 1 • 對下列式繪出直線 • VGS = VG, ID = 0 • ID = VG/RS, VGS = 0 • 步驟2 • 繪出 IDSS, VP與 ID的計算值畫出轉移曲線 • 步驟3 • Q-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。 26

  27. 分壓器偏壓例題 例題 7.6 圖7.27 27

  28. 分壓器偏壓 a. 已知 和 ，根據蕭克萊方程式： 根據圖 7.27之直流分析電路可得到： 由上式得到元件之特性曲線，如圖7.28所示。 b. 圖7.28 28

  29. 自偏壓 • 步驟 1 • 對下列值畫出直線 • VGS = VG, ID = 0 • ID = VG/RS, VGS = 0 • 步驟2 • 繪出 IDSS, VP與ID的計算值後畫出轉移曲線 • 步驟3 • Q-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。 29

  30. 自偏壓例題 例題 7.8 圖7.30 30

  31. 自偏壓例題 a. 已知 和 ，根據蕭克萊方程式： 因自偏偏壓組態，故從直流分析電路中，可得到： 由上式得到元件之特性曲線，如圖7.31所示。 b. 圖7.31 31

  32. 增強型 MOSFET • 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 圖7.32 32

  33. 回授偏壓 增強型MOSFETs 常見之偏壓為回授偏壓，如圖 7.33所示： 圖 7.33 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 圖 7.34 33

  34. 回授偏壓 Q-點 • 步驟 1 • 利用下列式繪出直線 • VGS = VDD, ID = 0 • ID = VDD / RD , VGS = 0 • 步驟2 • 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3 • Q-點是位在直線與轉移曲線的交點處。 • 步驟4 • Using 利用在 Q-點的 ID值來求解偏壓電路上的其它變數。 圖 7.35 34

  35. 回授偏壓例題 例題 7.9 圖 7.36 35

  36. 回授偏壓例題 已知 、 及 ，根據（7.25）式解出 ，可得： 得到圖 7.37所示之特性曲線。 圖 7.37 36

  37. 回授偏壓例題 由直流等效電路中可知： 圖 7.38 37

  38. 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: 圖 7.39 38

  39. 分壓器偏壓 • 步驟 1 • 利用下列式子繪出直線 • VGS = VG = (R2VDD) / (R1 + R2), ID = 0 • ID = VG/RS , VGS = 0 • 步驟 2 • 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 3 • 直線與轉移曲線的交點處即 Q-點 • 步驟 4 • 利用Q-點的 ID值來求解偏壓電路中的其它變數。 39

  40. 分壓器偏壓例題 例題 7.10 圖 7.40 40

  41. 分壓器偏壓例題 根據圖 7.44之直流等效電路中可得到： 圖 7.41 已知 、 及 ，根據（7.25）式解出 ，可得： 41

  42. p-通道 FETs 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。 42

  43. p-通道 FETs例題 例題 7.11 圖 7.43 43

  44. p-通道 FETs例題 根據圖 7.43之直流等效電路可得到： 圖 7.44 44

  45. p-通道 FETs例題 圖 7.43 45

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