=== 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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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。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。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。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 = ∞ 1 19-1 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） g2 m
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放大器工作原理及交流等效電路
3 FET 交流等效輸出電阻 ro 3
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放大器工作原理及交流等效電路
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放大器工作原理及交流等效電路
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放大器工作原理及交流等效電路
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。
1 FET 交流信號放大組態 1
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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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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。 2 FET 交流放大求解步驟 29-2 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，因為電壓增益為三種放大組態 中之最高，所以常應用於一般中頻段信號放大器。 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。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。9-2 共源極放大電路
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。
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。9-2 共源極放大電路
9-2 共源極放大電路
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。
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。9-2 共源極放大電路
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。9-2 共源極放大電路
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。因為具有高輸入阻抗和低輸出 阻抗特性，所以常應用於電壓放大器間的阻抗匹配 電路。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。9-3 共汲極放大電路
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。
9-3 共汲極放大電路
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，輸入阻抗為三種放大組態中之 最低。此放大組態相當於 BJT 之共基極（ CB ）放 大電路。因為沒有米勒電容放大效應，所以高頻響 應良好，常應用於高頻放大電路。 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。9-4 共閘極放大電路
9-5 FET
及 BJT 串級放大電路之比較
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？
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。
