场效应管放大电路介绍课件.ppt

1、4.1 结型场效应管结型场效应管4.3 金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管4.4 场效应管放大电路场效应管放大电路4.5 各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较*4.2 砷化镓金属砷化镓金属-半导体场效应管半导体场效应管类比：与类比：与BJT放大电路放大电路自学（归纳、比较）自学（归纳、比较）MOS管管，简单介绍，简单介绍掌握场效应管的工作原理掌握场效应管的工作原理注意与注意与BJT的异同点的异同点多级放大电路多级放大电路+Vo RL Io Rs Ii+Vs+Vi Vi1+Vo1+放大电路放大电路 Vi2+Vo2+放大电路放大电路 Vi3+Vo3+放大电路放大电路

2、Vi1+Ro1 Vo1+Ri1 AVO1Vi1 Vi2+Ro2 Vo2+Ri2 AVO2Vi2 Vi3+Ro3 Vo3+Ri3 AVO3Vi3 输入级输入级Ri 中间放大级中间放大级AV 输出级输出级Ro 共集、共射共集、共射共射、共基共射、共基共集共集第第4章章 场效应管场效应管第第6.2节节 差分放大电路差分放大电路2个信号个信号相减相减第第5章章 功率放大电路功率放大电路直接耦合直接耦合零漂零漂Ri RL特别小特别小第第6.1节节 电流源电流源第第6章章 集成运算放大器集成运算放大器性能性能改善改善第第7章章 反馈技术、方法反馈技术、方法第第8、9、10章章 运算放大器应用运算放大器应用

3、 各种功能电路各种功能电路2+VCC+15V+T+C2 C1+vo Rb1 100k vi+C3 Rb 20k Rb2 100k Re 10k RL 10k +Vi Rb1 rbe Re Vo e Ic Ib Rb2 Ib Rb b c Ii IRb3 a H Ri Ri RL 已知图示放大电路中三极管的已知图示放大电路中三极管的 =60，rbe=3k。(1)若电容若电容C3断开，求断开，求Ri(2)接上接上C3后，求后，求Ri。分析举例分析举例+Vi Rb1 rbe Re Vo e Ic Ib Rb2 Ib Rb b c Ii IRb3 a H Ri Ri RL 31、问题的引出、问题的引出

4、2、分类、分类进一步提高进一步提高Ri，但但BJT的的Je正偏，正偏，rbe较小较小FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）44.1 结型场效应管结型场效应管 结构结构 工作原理工作原理 输出特性输出特性 转移特性转移特性 主要参数主要参数 4.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 4.1.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 5 4.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理1.结构结构 64.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作

5、原理1.结构结构 N型导电沟道型导电沟道漏极漏极D(d)源极源极S(s)沟道电阻沟道电阻 长度、长度、宽度宽度、掺杂、掺杂P+P+反偏的反偏的PN结结 反偏电压反偏电压控制耗尽层控制耗尽层结构特点结构特点:空间电荷区（耗尽层）空间电荷区（耗尽层）栅极栅极G(g)74.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 g d s P+N P+耗耗尽尽层层 g d s P+N P+g d s P+N P+2.工作原理工作原理 VGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用 VDS对沟道的影响对沟道的影响 VGS=0 VGS0(反偏反偏)VGS=VP耗尽层加厚耗尽层加厚|VGS|增加增加沟道变窄沟道变窄沟道

6、电阻增大沟道电阻增大全夹断（夹断电压）全夹断（夹断电压）84.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理2.工作原理工作原理 VDS对沟道的影响对沟道的影响 g d s P+N P+耗耗尽尽层层 g d s P+N P+g d s P+N P+g d s P+N P+VDS ID GD间间PN结的反向电压增加结的反向电压增加,使靠近使靠近漏极处的耗尽层加宽漏极处的耗尽层加宽,呈楔形分布。呈楔形分布。VGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。时，在紧靠漏极处出现预夹断。VDS 夹断区延长夹断区延长,但但ID基本不变基本不变92.工作原理工作原理 VGS和和VDS同时作用时同时作用时10综上

7、分析可知综上分析可知 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以场效应管也称为所以场效应管也称为单极型单极型三极管三极管。JFET是是电压控制电流电压控制电流器件，器件，iD受受vGS控制控制 预夹断前预夹断前iD与与vDS呈近似线性关系；呈近似线性关系；预夹断后，预夹断后，iD趋于饱和。趋于饱和。JFET栅极与沟道间的栅极与沟道间的PN结是反向偏置的结是反向偏置的，因此，因此 iG 0，输入电阻很高。，输入电阻很高。4.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理11 4.1.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数const.DSDGS)(

8、vvfi2.转移特性转移特性 const.GSDDS)(vvfi)0()1(GSP2PGSDSSD vVVvIiVP1.输出特性输出特性 12 4.1.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数3.主要参数主要参数 夹断电压夹断电压VP(或或VGS(off)：饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS：漏极电流约为零时的漏极电流约为零时的VGS值值。VGS=0时对应的漏极电流。时对应的漏极电流。直流输入电阻直流输入电阻RGS：结型结型FET，反偏时，反偏时RGS约大于约大于107。最大漏极功耗最大漏极功耗PDM 最大漏源电压最大漏源电压V(BR)DS ；最大栅源电压；最大栅源电压V(BR)GS 输出电

9、阻输出电阻rd：GSDDSdVivr 低频跨导低频跨导gm：DSGSDmVvig 时）时）（当（当0)1(2GSPPPGSDSSm vVVVvIg或或 低频跨导反映了低频跨导反映了vGS对对iD的控制作用。的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子毫西门子)。134.3 金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）14 4.3.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET1

10、.结构结构 15 二氧化硅 g s d iD0 铝 耗尽层 N N P B 衬底引线 VGG s d iD0 耗尽层 P B 衬底引线 N N N 型(感生)沟道 g g s d iD 迅 速 增 大 N 型(感生)沟道 P B 衬底引线 VGG VDD N N g s d iD 饱 和 P B 衬底引线 VGG VDD N N 夹断区 4.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET2.工作原理工作原理16 4.1.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET2.工作原理工作原理 17N沟道增强型沟道增强型MOS管管N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管 4.3.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET18

11、 d g s vGS iD O VP vDS iD O-1 vGS=0V -2-3 d g s 衬 vGS iD O VP vDS iD O vGS=0V 0.2-0.2-0.4 d g s 衬 vGS iD O VT O vDS iD O vGS=5V 4 3 vGS=VPvGS=VT 4.3.3 各种各种FET的特性比较的特性比较19 N P N N P N c b e sgdvBEvCEiBcebiC d g s 204.4 场效应管放大电路场效应管放大电路 直流偏置电路直流偏置电路 静态工作点静态工作点 FET小信号模型小信号模型 动态指标分析动态指标分析 三种基本放大电路的性能比较三

12、种基本放大电路的性能比较 4.4.1 FET的直流偏置及静态分析的直流偏置及静态分析 4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法214.4.1 FET的直流偏置电路及静态分析的直流偏置电路及静态分析对直流偏置电路的要求对直流偏置电路的要求QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t QQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060 Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA

13、 vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA VP224.4.1 FET的直流偏置电路及静态分析的直流偏置电路及静态分析1.直流偏置电路直流偏置电路（1）分压式自）分压式自偏压电路偏压电路SV GSVGVDDg2g1g2VRRR RID（2）自）自偏压电路偏压电路vGSvGS=0 iDR234.4 结型结型场效应管场效应管2.静态工作点求解思路静态

14、工作点求解思路Q点：点：VGS、ID、VDSvGS=2PGSDSSD)1(VvIi VDS=已知已知VP，由，由VDD-ID(Rd+R)-iDR可解出可解出Q点的点的VGS、ID、VDS 244.4 结型结型场效应管场效应管4.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法1.FET小信号模型小信号模型（1）低频模型）低频模型254.4 结型结型场效应管场效应管（2）高频模型）高频模型264.4 结型结型场效应管场效应管2.动态指标分析动态指标分析（1 1）中频小信号模型）中频小信号模型274.4 结型结型场效应管场效应管2.动态指标分析动态指标分析（2）中频电压增益）中频

15、电压增益（3）输入电阻）输入电阻（4）输出电阻）输出电阻忽略忽略 rD iVgsVRVggsm)1(mgsRgV oVdgsmRVg mVARgRgmdm1 /iiRR 由输入输出回路得由输入输出回路得则则giiIVR )/(g2g1g3RRR)/()1(g2g1g3mgsgsRRRRgrr 通常通常则则)/(g2g1g3iRRRR doRR Rgrr)1(mgsgs gsgsgsmgsgsgs)(rVRVgrVV 28 例例4.4.2 共漏极放大电路如图共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。和输出电阻。（2）中频电压增益）中频电压增益（3）

16、输入电阻）输入电阻 iVgsV)/(LgsmRRVg )/(1LmgsRRgV oV)/(LgsmRRVg mVA)/(1)/(LmLmRRgRRg 得得)/(g2g1g3iRRRR 解：解：（1 1）中频小信号模型）中频小信号模型由由ioVV1 例题例题29（4 4）输出电阻）输出电阻 TIRIgsmVg RVT gsVTV oRm11gR 所以所以由图有由图有TTIVgsmVg m1/gR 例题例题303.三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较组态对应关系：组态对应关系：4.4 结型结型场效应管场效应管CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET电压增益：电压增益：beL

17、c)/(rRR )/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(rRR CE：CC：CB：)/(LdmRRg)/(1)/(LmLmRRgRRg)/(LdmRRgCS：CD：CG：31beb/rR输出电阻：输出电阻：cR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRR 1/beerRcR3.三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较4.4 结型结型场效应管场效应管BJTFET输入电阻：输入电阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：)/(g2g1g3RRR m1/gR)/(g2g1g3RRR CE：CC：CB：CS：CD：CG：dRm1/gRdR32 解：解

18、：画中频小信号等效电路画中频小信号等效电路 gsmVg iV gsV2gsmRVg bIbI bI oVcbRI MVA2mcm1RgRg 6.128 giRR coRR M 5则电压增益为则电压增益为sgRR 例题例题放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知，ms 18m g，100 试求电路的中频增益、输入电阻和输出电阻。试求电路的中频增益、输入电阻和输出电阻。，k 1ber根据电路有根据电路有 ioVV由于由于则则 sMVA soVV iosiVVVV k 20 MisiVARRR6.128M VAend33教学基本要求教学基本要求掌握掌握结型场效应管结型场效应管的工作原理和特性曲线，了解的工作原理和特性曲线，了解其主要参数其主要参数 了解了解FET放大电路的静态偏置特点及求解思路放大电路的静态偏置特点及求解思路掌握用掌握用小信号模型分析法小信号模型分析法分析动态性能分析动态性能了解双极型三极管和场效应管放大电路的了解双极型三极管和场效应管放大电路的特点特点 34