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能 力 目 標
重點掌握場效應(yīng)管放大電路的結(jié)構(gòu)及功能特點，能夠正確分析和識讀放大電路中各種關(guān)鍵元器件的作用以及信號經(jīng)過放大電路后的輸出狀態(tài)，并且可以靈活運用到實際電子產(chǎn)品電路中，能夠正確分析其功能及作用范圍。
5.2.1 場效應(yīng)管放大電路的基本結(jié)構(gòu)
場效應(yīng)管與晶體管一樣，也具有放大作用，但與普通晶體管是電流控制型器件相反，場效應(yīng)管是電壓控制型器件。它具有輸入阻抗高、噪聲低的特點。
場效應(yīng)管的3個電極，即柵極、源極和漏極分別相當于晶體管的基極、發(fā)射極和集電極。圖5-21所示是場效應(yīng)管的3種組態(tài)電路，即共源極、共漏極和共柵極放大器。圖5-21（a）所示是共源極放大器，它相當于晶體管共發(fā)射極放大器，是一種最常用的電路。圖5-21（b）所示是共漏極放大器，相當于晶體管共集電極放大器，輸入信號從漏極與柵極之間輸入，輸出信號從源極與漏極之間輸出，這種電路又稱為源極輸出器或源極跟隨器。圖5-21（c）所示是共柵極放大器，它相當于晶體管共基極放大器，輸入信號從柵極與源極之間輸入，輸出信號從漏極與柵極之間輸出，這種放大器的高頻特性比較好。
信 息 擴 展
絕緣柵型場效應(yīng)管的輸入電阻很高，如果在柵極上感應(yīng)了電荷，很不容易泄放，極易將PN結(jié)擊穿而造成損壞。為了避免發(fā)生PN結(jié)擊穿損壞，存放時應(yīng)將場效應(yīng)管的3個極短接；不要將它放在靜電場很強的地方，必要時可放在屏蔽盒內(nèi)。焊接時，為了避免電烙鐵帶有感應(yīng)電荷，應(yīng)將電烙鐵從電源上拔下。焊進電路板后，不能讓柵極懸空。
1．場效應(yīng)管放大電路的偏置方法
（1）固定式偏置電路
在場效應(yīng)管放大器中，有時需要外加?xùn)艠O直流偏置電源，這種方式被稱為固定式偏置電路，如圖5-22所示。
C1和C2分別是輸入端耦合電容和輸出端耦合電容。+UCC通過漏極負載電阻R2加到VT的漏極，VT的源極接地。-UCC是柵極專用偏置直流電源，為負極性電源，它通過柵極偏置電阻R1加到VT1的柵極，使柵極電壓低于源極電壓，這樣就建立了VT的正常偏置電壓。
在電路中，輸入信號Ui經(jīng)C1耦合至場效應(yīng)管VT的柵極，與原來的柵極負偏壓疊加。場效應(yīng)管受到柵極的作用，其漏極電流I2相應(yīng)變化，并在負載電阻R2上產(chǎn)生壓降，經(jīng)C2隔離直流后輸出，在輸出端即得到放大了的信號電壓Uo。I2與Ui同相，Uo與Ui反相。
這種偏置電路的優(yōu)點是VT的工作點可以任意選擇，不受其他因素的制約，也充分利用了漏極直流電源+UCC，所以可以用于低壓供電放大器。其缺點是需要兩個直流電源。
（2）自給偏壓共源極放大電路
圖5-23所示是典型的自給偏壓共源極放大電路。圖中C1和C2分別是輸入、輸出耦合電容，起通交流、隔直流的作用；+UCC為漏極直流電壓源，為放大電路提供能源；RD是漏極電阻，它能把漏極電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓?，以便輸出信號電壓；RS是源極電阻，其作用是產(chǎn)生一個源極到地的電壓降，以提供源極偏壓，建立靜態(tài)偏置，同時具有電流負反饋的作用；CS是源極旁路電容，給源極交流信號提供一條通路，以免交流信號在RS上產(chǎn)生負反饋。
由于場效應(yīng)管在漏極電流較大時，具有溫度上升、漏極電流就減小的特點，因而熱穩(wěn)定性好，故源極僅需設(shè)置自偏壓電路就十分穩(wěn)定了。
“自給偏壓”指的是由場效應(yīng)管自身的電流產(chǎn)生偏置電壓。N溝道結(jié)型場效應(yīng)管正常工作時，柵極、源極之間需要加一個負偏置電壓，這一點與晶體管的發(fā)射結(jié)需要正偏置電壓是相反的。為了使柵極、源極之間獲得所需負偏壓，設(shè)置了自生偏壓電阻RS。當源極電流流過RS時，將會在RS兩端產(chǎn)生上正下負的電壓降US。由于柵極通過RG接地，所以柵極為零電位。這樣，RS產(chǎn)生的US就能使柵極、源極之間獲得所需的負偏壓UGS，這就是自給偏壓共源極放大電路的工作原理。
（3）分壓式自偏壓電路
圖5-24所示為分壓式自偏壓電路，又稱柵極接正電位偏置電路。它是在自給偏壓共源極放大電路的基礎(chǔ)上，加上分壓電阻Rf1和Rf2構(gòu)成的。
圖中，電源+UDD、輸入耦合電容C1、輸出耦合電容C2、漏極電阻RD、源極電阻RS、源極旁路電容CS的作用均與自給偏壓共源極放大電路相同。Rf1和Rf2是分壓偏置電阻，Rf1與Rf2的接點通過大電阻RG與場效應(yīng)管的柵極相連。由于柵極絕緣無電流，所以Rf1與Rf2的分壓點A與場效應(yīng)管的柵極同電位。由于該電路既有“分壓偏置”又有“自給偏置”，所以又稱為組合偏置電路。這種偏置電路既可用于耗盡型場效應(yīng)管，也可用于增強型場效應(yīng)管。
2．場效應(yīng)管放大電路的工作原理
（1）源極接地放大器
源極接地放大器是場效應(yīng)管放大器最重要的電路形式，其工作原理如圖5-25所示。圖中，交流輸入電壓Ui在1/4周期內(nèi)處于增大的趨勢，因此在這段時間內(nèi)漏極電流ID增大。ID的增大使負載上的壓降增大，UDS就下降；當Ui在2/4周期內(nèi)時，處于減小狀態(tài)，UGS增大，ID則減小，而ID的減小使負載上的壓降減小，UDS就上升。以此類推，其輸入與輸出信號的波形如圖中所示。Ui和ID的相位相同，與輸出信號電壓UDS的相位相反。
?。?）柵極接地放大器
柵極接地放大器適用于高頻寬帶放大器，其基本連接方式如圖5-26所示。
（3）漏極接地放大器
漏極接地放大器也稱為源極跟隨器或源極輸出器，相當于雙極型晶體管的集電極接地電路。圖5-27為其基本連接圖。源極跟隨器最主要的特點是輸出阻抗低。
信 息 擴 展
由于場效應(yīng)管的輸入阻抗非常高，也就是輸入電流極小，它常用于收音機電路中作為微弱信號的放大器。
① 源極接地放大器與射極跟隨器（共集電極晶體管放大器）的組合。
如圖5-28所示，VT1為源極接地場效應(yīng)管放大器，VT2為共集電極晶體管放大器。若電路中沒有設(shè)置VT2，而是將數(shù)千歐的負載RL直接作為VT1的負載，其電壓增益就相當小。通過源極接地放大器與低輸出阻抗的射極跟隨器進行組合，就可獲得較高的電壓增益，這是該電路的主要特征。
② 源極接地放大器與共發(fā)射極放大器的組合。
共發(fā)射極放大器的輸入阻抗在103Ω的范圍內(nèi)，很難由場效應(yīng)管直接驅(qū)動，但是，若通過一級射極跟隨器，將其作為圖5-25中的負載RL接在共發(fā)射極放大器之前，就很容易驅(qū)動了，如圖5-29所示。該電路在輸出級的前面加入了一級射極跟隨器，以獲得大電流增益，這是典型的低輸出阻抗實例。
?、?將源極接地放大器與共基極放大器組合成級聯(lián)式放大器。
圖5-30所示是將場效應(yīng)管的低噪聲性與共基極放大器對高頻放大的適應(yīng)性相結(jié)合而產(chǎn)生的級聯(lián)式放大器，常作為寬頻帶低噪聲的前置放大器。
5.2.2 場效應(yīng)管放大電路的應(yīng)用實例
1．場效應(yīng)管固定式偏置電路在雙管袖珍收音機中的應(yīng)用
圖5-31所示是一種雙管袖珍收音機電路，它采用兩只晶體管，這種電路具有較高的靈敏度。
在該電路中，電池作為直流電源通過負載電阻R1為場效應(yīng)管的漏極提供偏置電壓，使其工作在放大狀態(tài)。由外接天線接收天空中的各種信號，交流信號通過C1進入LC諧振電路。LC諧振電路是由磁棒線圈和電容組成的，諧振電路選頻后，將信號經(jīng)C4耦合至場效應(yīng)管VT的柵極，與柵極負偏壓疊加后加到場效應(yīng)管的柵極上，使場效應(yīng)管的漏極電流ID相應(yīng)變化，并在負載電阻R1上產(chǎn)生壓降，經(jīng)C5隔離直流后輸出，在輸出端即得到放大了的信號電壓。放大后的信號送入晶體管的基極，由晶體管放大后輸出較純凈的音頻信號送到耳機中。
2．場效應(yīng)管在FM收音電路中的應(yīng)用
圖5-32所示是FM前端電路，它是由高頻放大器VT1、混頻器VT3和本機振蕩器VT2等部分構(gòu)成的。天線感應(yīng)的FM調(diào)頻廣播信號經(jīng)輸入變壓器L1加到VT1的柵極。VT1為高頻放大器的主要器件，它將FM高頻信號放大后經(jīng)變壓器L2加到混頻電路VT3的柵極。VT2和LC諧振電路構(gòu)成本機振蕩器，振蕩信號由振蕩變壓器的次級送往混頻電路VT3的源極?；祛l信號由VT3的漏極輸出，經(jīng)中頻變壓器IFT（L4）輸出10.7MHz中頻信號。
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