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 增強型 MOSFET 回授組態 3

JFETs JFETs 不同於 BJTs • 介於輸入 (VGS) 與輸出 (ID)之間的非線性關係。 4

固定偏壓組態 圖 7.1 固定偏壓組態 5

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 。 ＊ 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。 圖 7.2 直流分析電路 6

固定偏壓組態 例題 7.1 圖 7.6 7

自偏壓組態 圖 7.8 JFET自偏壓組態 8

自偏壓組態 圖 7.9 自偏壓組態之直流分析電路 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 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

自偏壓組態 圖 7.9 圖 7.10 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

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

自偏壓組態例題 例題 7.2 圖 7.12 12

自偏壓組態例題 a. 圖 7.13 13

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

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

自偏壓組態例題 c. d. e. f. 圖 7.12 16

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

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

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

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

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

分壓器偏壓例題 例題 7.5 圖 7.25 22

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

分壓器偏壓例題 b. c. d. e. 圖 7.25 24

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

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

分壓器偏壓例題 例題 7.6 圖7.27 27

分壓器偏壓 圖7.28 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： 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

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

自偏壓例題 例題 7.8 圖7.30 30

自偏壓例題 圖7.31 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： 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

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

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 圖 7.34 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

回授偏壓 Q-點 圖 7.35 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

回授偏壓例題 例題 7.9 圖 7.36 35

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

回授偏壓例題 由直流等效電路中可知： 圖 7.38 37

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

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

分壓器偏壓例題 例題 7.10 圖 7.40 40

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

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

p-通道 FETs例題 例題 7.11 圖 7.43 43

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

p-通道 FETs例題 圖 7.43 45