模拟电子技术课件第2章.ppt

1、第二章第二章 基本放大电路基本放大电路2.2 2.2 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理2.3 2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.4 2.4 放大电路静放大电路静态工作点的稳定态工作点的稳定2.5 2.5 晶体管放大电路的三种接法晶体管放大电路的三种接法2.1 2.1 放大电路的放大电路的基本概念及性能指标基本概念及性能指标2.6 2.6 场效应管放大电路场效应管放大电路2.1 2.1 放大电路的基本概念及性能指标放大电路的基本概念及性能指标 一一.放大的基本概念放大的基本概念 放大放大把微弱的电信号的幅度放大。把微弱的电信号的幅度放大。一个微弱的电信号通过放大

2、器后，输出电压或电流的幅得一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅得到了放大，但它随时间变化的规律不能变到了放大，但它随时间变化的规律不能变，即，即不失真不失真。+-uo+u+-i放大电路u-R+SSRL信号源负载iiio二二.放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标1.1.放大倍数放大倍数表示放大器的放大能力表示放大器的放大能力 根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种类型，所以有四种放大倍数的定义。放大倍数的定义。（1）电压放大倍数）电压放大倍数定义为定义为:AU=uo/ui（2

3、）电流放大倍数）电流放大倍数定义为定义为:AI=io/ii （3）互阻增益）互阻增益定义为定义为:Ar=uo/ii（4）互导增益）互导增益定义为定义为:Ag=io/ui+-uo+u+-i放大电路u-R+SSRL信号源负载iiio2.输入电阻输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等效电阻从放大电路输入端看进去的等效电阻Ri=ui/ii一般来说，一般来说，Ri越大越好。越大越好。（1）Ri越大，越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，）当信号源有内阻时，Ri越大，越大，ui就越接近就越接近uS。+i-oiii+-信号源S放大电路oS-LuR负

4、载RuuRiRi3.输出电阻输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻从放大电路输出端看进去的等效电阻+S+o负载LS+信号源-u-oiiiRR放大电路-+iuuRiRiouoRRo 输出电阻是表明放大电路带负载能力的输出电阻是表明放大电路带负载能力的，Ro越越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。0,ooosL=uRiuR 输出电阻输出电阻的定义：的定义：4.通频带通频带fAAm0.7AmfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带：fbw=fHfL放大倍数随频放大倍数随频率变化曲线率变化曲线幅频特性曲幅频特性曲线线 3d

5、B带宽带宽2.2 2.2 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理一三极管的放大原理一三极管的放大原理三极管工作在放大区：三极管工作在放大区：发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏。集电结反偏。UCE（-ICRc）放大原理：放大原理：UBEIBIC（b bIB）电压放大倍数：电压放大倍数：u uo o iouUUAVcRTVBBCCbR-+BEU-UCE+ICIBuiUBE+IB+CI+UCE+o-u+u ui i放大元件放大元件iC=b biB，工作在放大区，要工作在放大区，要保证集电结反偏，保证集电结反偏，发射结正偏。发射结正偏。二二.单管共单管共射射极放大电路的结极放大电路的结构

6、及各元件的作用构及各元件的作用+b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV各元件作用：各元件作用：使发射结正偏，并使发射结正偏，并提供适当的静态提供适当的静态IB和和UBE。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻+b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV集电极电源，为集电极电源，为电路提供能量。电路提供能量。并保证集电结反并保证集电结反偏。偏。集电极电阻集电极电阻RC，将变化的电流转将变化的电流转变为变化的电压。变为变化的电压。耦合电容：耦合电容：电解电容，有极性，电解电容，有极性，大小为大小为10 F50 F作用：作用：隔直通交隔直通交隔离隔离输入输出与电路直流输入输

7、出与电路直流的联系，同时能使信的联系，同时能使信号顺利输入输出。号顺利输入输出。+b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV各元件作用：各元件作用：基本放大电路的习惯画法基本放大电路的习惯画法+b2b-iuC+R-b1RuToL+CcRVCCBBV+CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR1.静态工作点静态工作点Ui=0时电路的工作状态时电路的工作状态 三、三、静态工作点静态工作点-u+TRb2Lb1oCRCub1+R+CC-.iVcui=0时时由于电源的由于电源的存在，电路存在，电路中存在一组中存在一组直流量。直流量。ICIEIB+UBE-+UCE-由于由于(IB,UBE

8、)和和(IC,UCE)分别对应于输入、输出特分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，所以称为性曲线上的一个点，所以称为静态工作点静态工作点。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB为什么要设置静态工作点？为什么要设置静态工作点？放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区，以保证信号不失真。工作在线性区，以保证信号不失真。开路开路画出放大电路的直流通路画出放大电路的直流通路 2.2.静态工作点的估算静态工作点的估算将交流电压源短路，将电容开路。将交流电压源短路，将电容开路。直流通路的画法：直流通路的画法：开路开路-u+TRb2Lb

9、1oCRCub1+R+CC-.iVc画直流通路：画直流通路：+TRb1RCCVcRb称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏置电流偏置电流。用估算法分析放大器的静态工作点用估算法分析放大器的静态工作点（IB、UBE、IC、UCE）IC=b bIBbBECCBRUVI bCCV7.0RV CCCCCERIVU 例：用估算法计算静态工作点。例：用估算法计算静态工作点。已知：已知：VCC=12V，RC=4K，Rb=300K ，b b=37.5。解：解：A400.04mA30012bCCB RVImA5.104.05.37BC IIb b6V41.512CCCCCE RIVU请注意电路中请注意电路中I

10、B和和IC的数量级的数量级+CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR2.3.1.用图解法分析放大器的静态工作点用图解法分析放大器的静态工作点UCE=VCCICRCVCCICUCECCCRV直流负载线直流负载线由由估算法求出估算法求出I IB B，I IB B对应的输对应的输出特性与直流出特性与直流负载线的交点负载线的交点就是工作点就是工作点Q QQIB静态静态UCE静态静态IC2.3 2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法+CRciuVb1TuCC+b2R-oC+b-iBuBEQuiibic1.交流放大原理（设输出空载）交流放大原理（设输出空载）假设在静态工作点的基础上，输假设在

11、静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号入一微小的正弦信号 uiib静态工作点静态工作点2.3.2 用图解法分析放大器的动态工作情况用图解法分析放大器的动态工作情况iCiCEuce注意：注意：uce与与ui反相！反相！1b+b2CRcCVRCCb1uiiBiCuCEuo各点波形各点波形uo比比ui幅度放大且相位相反幅度放大且相位相反结论：结论：（1）放大电路中的信）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：号是交直流共存，可表示成：ceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu 虽然交流量可正负变化，但虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始终不变瞬时量方向始终不变（2 2）输出）输出

12、u uo o与输入与输入u ui i相比，幅度相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相被放大了，频率不变，但相位相反。反。uituBEtiBtiCtuCEtuot对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)2.放大器的交流通路放大器的交流通路交流通路交流通路分析动态工作情况分析动态工作情况交流通路的画法：交流通路的画法：-u+T+b2V-uRc.ob1RLC+b1CCCRi 将直流电压源短路，将电容短路。将直流电压源短路，将电容短路。短路短路短路短路置零置零交流通路交流通路+R-uoTuRbRLic+3.交流负载线交流负载线输出端接入负载输出端接入负载RL：不影响不影响Q 影响动态！影响动态！+

13、CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR交流负载线交流负载线ic其中：其中：CLL/RRR uce=-ic（RC/RL）=-ic RL+R-uoTuRbRLic+交流量交流量ic和和uce有如下关系：有如下关系：即：交流负载线的斜率为：即：交流负载线的斜率为：L1Ruce=-ic（RC/RL）=-ic RL或或ic=（-1/RL）uce交流负载线的作法：交流负载线的作法：斜斜 率为率为-1/RL。（。（RL=RLRc）经过经过Q点。点。交流负载线的作法：交流负载线的作法：iCiCEVCCCCCRVQIB交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线斜斜 率为率为-1/RL。（RL=RLRc）

14、经过经过Q点。点。注意：注意：（1）交流负载线是有交流）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。输入信号时工作点的运动轨迹。（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。）空载时，交流负载线与直流负载线重合。iCuCEuo可输出可输出的最大的最大不失真不失真信号信号（1）合适的静态工作点）合适的静态工作点ib4非线性失真与非线性失真与Q Q的关系的关系iCuCEuo（2）Q点过低点过低信号进入截止区信号进入截止区称为截止失真称为截止失真信号波形信号波形iCuCEuo（3）Q点过高点过高信号进入饱和区信号进入饱和区称为饱和失真称为饱和失真信号波形信号波形截止失真和饱和失真截止失真和饱和失真统

15、称统称“非线性失真非线性失真”2.3.3 等效电路分析法等效电路分析法思路：将非线性的思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路等效成一个线性电路条件：交流小信号条件：交流小信号+i-ube+-ubTce+ci+bucei+-+ibecu-二端口网络1、三极管的、三极管的h参数等效电路参数等效电路根据网络参数理论：根据网络参数理论：),(CEB1BEuifu),(CEB2Cuifi 求变化量：求变化量：CECEBEBBBEBEBCEduuudiiuduiu CECECBBCCBCEduuidiiidiiu 在小信号情况下：在小信号情况下：cerebiebeuhihu ceoebfecuhihi+

16、i-uBE+-uBTCE+Ci一、晶体管一、晶体管h参数等效模型参数等效模型各各h参数的物理意义：参数的物理意义：CEBBEieuiuh BCEBEreiuuh iBuBE uBE iB输出端交流短路时的输出端交流短路时的 输入电阻，用输入电阻，用rbe表示。表示。输入端开路时的电压反馈系数，输入端开路时的电压反馈系数，用用r表示。表示。iBuBE uBE uCEcerebiebeuhihuceoebfecuhihiCEBCfeuiih BCECoeiuih iC iBiCuCE输出端交流短路时的电流放大输出端交流短路时的电流放大 系数系数，用用表示。表示。输入端开路时的输出电导输入端开路时的

17、输出电导，用用1/rce表示。表示。iCuCE iC uCEcerebiebeuhihuceoebfecuhihi该式可写为：该式可写为：cerbbebeuiru cecebc/ruii b b由此画出三极管的由此画出三极管的h参数等效电路参数等效电路：+i-ube+-ubTce+ci+icbebicrcebe+r-cece-u+biru+-beu2、简化的简化的h h参数参数等效电路等效电路+icbebicrcebe+r-cece-u+biru+-beu（1）r10-3，忽略。忽略。（2）rce105，忽略。忽略。得三极管简化的得三极管简化的h h参数等效电路。参数等效电路。+iibebb-

18、cebe-+rccubie+u3、rbe的计算：的计算：由由PN结的电流公式：结的电流公式：)1(eTEB/SE UUII基区体电阻基区体电阻发射结电阻发射结电阻发射区体电阻发射区体电阻数值小可忽略数值小可忽略查阅手册查阅手册由由IEQ算出算出在在输入特性曲线上，输入特性曲线上，Q点越高，点越高，rbe越小！越小！EQTbbebbbbbebe)1(IUrrrIUrb二二.放大器的交流分析放大器的交流分析1.画出放大器的微变等效电路画出放大器的微变等效电路（1）画出放大器的交流通路）画出放大器的交流通路（2）将交流通路中的三极管用）将交流通路中的三极管用h参参数等效电路代替数等效电路代替-+.c

19、uLoibbeRricibi.iiRubR+CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR2 2、电压放大倍数的计算：、电压放大倍数的计算：bebiriu LboRiu b bbeLiourRuuAbLCLRRR/负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。-+.cuLoibbeRricibi.iiRubRiiiuRibeb/rRber电路的输入电阻越大，从信号源取电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。较大的的输入电阻。3 3、输入电阻的计算：、输入电阻的计算：根据输入电阻的定义：根据输入电阻的定义：-

20、+-+RbrbeibbiiicioLcRu.Ru.iiRRo定义：定义：放大+iuR+uS-S电路iRRL+Ou-当信号源有内阻时：当信号源有内阻时：iouuuA sousuuA 由图知：由图知：ssiiiuRRRu 所以：所以：siiosousuuuuuuA usiiARRR cibbeRricbibRiioRcoooRiuR 所以：所以：4、输出电阻的计算：、输出电阻的计算：根据定义：根据定义：oi00,ooosL=uRiuRou+-例例2.4.1 2.4.1 共射放大电路如图所示。设：共射放大电路如图所示。设：VCC12V12V，Rb=300k=300k,Rc=3k=3k,RL=3k=3

21、k,BJTBJT的的b b =60=60。+CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR1 1、试求电路的静态工试求电路的静态工作点作点Q Q。A40300kV12bBBBQ RVI2mAA4050QBCQ II6V3k2mAV12CCQCCCEQ RIVU解：解：+CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR2 2、估算电路的电压放大倍数、输入电阻估算电路的电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻和输出电阻Ro。解：画微变等效电路解：画微变等效电路-+.cuLoibbeRricibi.iiRubR)mA(mV26)(1200EbeIr 993)mA(2mV2661200750.993kk

22、3k50beLu rRARi=rbe/Rbrbe=993Ro=Rc=3k+CTb1CCRbVL+uoR-u+-ib2CcR 3.若输出电压的波形出现如若输出电压的波形出现如 下失真下失真，是截止还是饱和，是截止还是饱和 失真？失真？应调节哪个元件？如何调节？应调节哪个元件？如何调节？解：解：为截止失真。为截止失真。应减小应减小Rb。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由静态工作点由UBE、b b和和ICEO决定，这三个参决定，这三个参数随温度而变化。数随温度而变化。Q变变UBEb bICEO变变T变变IC变变2.4 静态工作点的稳定静态工作点的稳定

23、1.温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响1、温度对、温度对UBE的影响的影响iBuBE25 C50CTUBEIBIC2、温度对、温度对b b值及值及ICEO的影响的影响Tb b、ICEOICiCuCEQQ 温度上升时温度上升时，输出特性，输出特性曲线上移，曲线上移，造成造成Q点上点上移。移。总之：总之：TIC动画演示动画演示I1I2IBCCb2b1b2BRRRVU 2.静态工作点稳定的放大器静态工作点稳定的放大器选选I2=（510）IB I1 I2ICIE+b2Rb1b1CCTCRRVRu+-Lo-+uiCb2Rce（1）结结构及工作构及工作原理原理静态工作点静态工作点稳定过程：稳定过

24、程：TUBEICICIEUECCb2b1b2BRRRVU UBE=UB-UE =UB-IE ReUB稳定稳定IB由输入特性曲线由输入特性曲线I1I2IBICIE+b2Rb1b1CCTCRRVRu+-Lo-+uiCb2Rce（2）直流通道及静态工作点估算）直流通道及静态工作点估算:CCb2b1b2BVRRRU IB=IC/b bUCE=VCC-ICRC-IEReIC IE=UE/Re =（UB-UBE）/Re 电容开路电容开路,画出直流通道画出直流通道+b2cReVRRRb1TCC 将电容短路将电容短路,直流电源短路，画出电路的交直流电源短路，画出电路的交流小信号等效电路流小信号等效电路（3）动

25、态分析：）动态分析：+ebbciRiRRb1berRuoC+-LRi-+ub2RRiicbiii电压放大倍数：电压放大倍数：RL=RC/RL+ebbciRiRRb1berRuoC+-LRi-+ub2RRiicbiiiebeLebebLbiou)(1)(1RrRRriRiuuA b bebbebi)1(Ririub b )/(LCboRRiub b 输入电阻：输入电阻：ebebii)(1RriuR b2b1ii/RRRR b2b1ebe/)(1RRRr 输出电阻：输出电阻：coRR +ebbciRiRRb1berRuoC+-LRi-+ub2RRiicbiiioR思考：思考：若在若在Re两端并电容

26、两端并电容Ce会对会对Au、Ri、Ro有什么影响？有什么影响？+b2Rb1b1CCTCRRVRu+-Lo-+uiCb2RceCe一一.共集电极放大电路共集电极放大电路1.结构：结构：2.5 放大电路的三种基本接法放大电路的三种基本接法+-RuRVeuib-C1+CCoTRL2C+-RSSu2.直流通道及静态工作点分析：直流通道及静态工作点分析：ebCCRRUVI)1(BEBb b IBIEUBEUCEBCII eCCCeECCCERIVRIVU eEBEbBCCRIURIV eBBEbB)1(RIURI +RVebCCR3.动态分析动态分析（1）交流通道及微变等）交流通道及微变等效电路效电路+

27、-RuRVeuib-C1+CCoTRL2C+-RSSu+ebbciRiRberuo-LRi-+ubRiicbiii+Ru-+SSeR（2）电压放大倍数：）电压放大倍数：)/)(1)/)(1LebeLeiouRRrRRuuA )/()1(LebbebiRRiriub)/()1(LeboRRiu +ebbciRiRberuo-LRi-+ubRiicbiii+Ru-+SSeR1（3）输入电阻）输入电阻+ebbciRiRberuo-LRi-+ubRiicbiii+Ru-+SSeR)/)(1LebebiiRRriuR biiR/RR bLebe)(1R/)R/Rr （4）输出电阻）输出电阻+SbuRRb

28、eriRbecbe+-iiboRrRRRurRurRuuiuR 1beseebesbesobRe)1(iii be)1(iRu besbrRui bSs/RRR射极输出器的特点：电压放大倍数射极输出器的特点：电压放大倍数=1，输入阻抗高，输出阻抗小。输入阻抗高，输出阻抗小。射极输出器的应用射极输出器的应用1、放在多级放大器的输入端，提高整个放、放在多级放大器的输入端，提高整个放大器的输入电阻。大器的输入电阻。2、放在多级放大器的输出端，减小整个放、放在多级放大器的输出端，减小整个放大器的输出电阻。大器的输出电阻。2、放在两级之间，起缓冲作用。、放在两级之间，起缓冲作用。二二.共基极电路共基极电

29、路+S+Vb11b2ui-u+2SCCR-RCCRcRR+uLo-eR1.静态工作点静态工作点直流通路：直流通路：CCb2b1b2BVRRRU eBEBECRUUII )(ecCCCeEcCCCCERRIVRIRIVU b bCBII +S+Vb11b2ui-u+2SCCR-RCCRcRR+uLo-eR+b2Rb1RRVRceCC2.动态分析动态分析画出电路的交流小信号画出电路的交流小信号等效电路等效电路+S+Vb11b2ui-u+2SCCR-RCCRcRR+uLo-eR（1 1）电压放大倍数）电压放大倍数beLciou)/(rRRuuA bebiriu )/(LCboRRiub b +ebb

30、ciRiberi-+ueRiiceiiiRu-+SSR+ouLR-Rcib（2 2）输入电阻）输入电阻eiiiuR eii/RRR（3）输出电阻）输出电阻coRR )(1)(1bebbebriri)(1/beerR+ebbciRiberi-+ueRiiceiiiRu-+SSR+ouLR-Rcib3.三种组态的比较三种组态的比较电压增益：电压增益：beLc)/(rRR b b输入电阻：输入电阻：beb/rR输出电阻：输出电阻：cR)/)(1()/()1(LebeLeRRrRRb bb b )/)(1(/LebebRRrRb b b b 1)/(/bebserRRRbeLc)/(rRR b bb

31、b 1/beerRcR+-RuRVeuib-C1+CCoTRL2C+-RSSu共集共集+S+Vb11b2ui-u+2SCCR-RCCRcRR+uLo-eR共基共基共射共射+b2b-iucC+RR-CCb1RuToL+CV 三三.BJT.BJT电流源电路电流源电路 用普通的三极管接成电流负反馈电路，即可构成用普通的三极管接成电流负反馈电路，即可构成一个基本的电流源电路。射极偏置一个基本的电流源电路。射极偏置放大电路放大电路就具有就具有这一功能。这一功能。+VCCRRb1Teb2RLRRocIUBEICICUEIBI Ic c电流是恒定的：电流是恒定的：+cI 联立方程组：联立方程组：用用等效电路

32、等效电路来求该电路的内阻来求该电路的内阻 可以解出：可以解出：可见三极管电流源的内阻比三极管的输出电阻可见三极管电流源的内阻比三极管的输出电阻rce还要大。还要大。+bb2oriRiibeRRceb1bberceo-+uRo)(obebebbbiiRriRi )()(obecebooiiRriiu b b)1(ebbeeceoRRrRrR b bb2b1b/RRR 2.6 2.6 场效应管放大电路场效应管放大电路绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管结型场效应管结型场效应管 2.62.6.2.2 场效应管放大电路场效应管放大电路效应管放大器的静态偏置效应管放大器的静态偏置效应管放大器的交流小信号模型效应

33、管放大器的交流小信号模型效应管放大电路效应管放大电路2.62.6.1.1 场效应管场效应管 2.6.1 场效应管 BJT是一种电流控制元件是一种电流控制元件(iB iC)，工作时，多数载流工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。场效应管（场效应管（Field Effect Transistor简称简称FET）是一种是一种电压控制器件电压控制器件(uGS iD)，工作时，只有一种载流子参与工作时，只有一种载流子参与导电，因此它是单极型器件。导电，因此它是单极型器件。FET因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入因其制造工艺

34、简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。电阻极高等优点，得到了广泛应用。FET分类：分类：绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管结型场效应管结型场效应管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N沟道沟道P沟道沟道一一.结型场效应管结型场效应管 1.1.结型场效应管的结构（以结型场效应管的结构（以N N沟为例）：沟为例）：两个两个PN结夹着一个结夹着一个N型沟道。型沟道。三个电极：三个电极：g：栅极栅极 d：漏极漏极 s：源极源极符号：符号：-p+pd漏极源极s栅极gN-gsdN沟道沟道-gdsP沟道沟道 2.2.结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理（

35、1）栅源电压对沟道的控制作用）栅源电压对沟道的控制作用 在栅源间加负电压在栅源间加负电压uGS，令，令uDS=0 当当uGS=0时，为平衡时，为平衡PN结，导电结，导电沟道最宽。沟道最宽。当当uGS时，时，PN结反偏，耗尽层结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻变宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。增大。当当uGS到一定值时到一定值时，沟道会完，沟道会完全合拢。全合拢。定义：定义：夹断电压夹断电压UP使导电沟道完全使导电沟道完全合拢（消失）所需要的栅源电压合拢（消失）所需要的栅源电压uGS。Ngds+pVGG+ppsd+gGGNV+pNGGg+sdpVp+（2 2）漏源电压对沟道的控制作用）漏

36、源电压对沟道的控制作用 在漏源间加电压在漏源间加电压uDS，令，令uGS=0 由于由于uGS=0，所以导电沟道最宽。所以导电沟道最宽。当当uDS=0时，时，iD=0。uDSiD 靠近漏极处的耗尽层加宽，靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。沟道变窄，呈楔形分布。当当uDS，使，使uGD=uG S-uDS=UP时，在时，在靠漏极处夹断靠漏极处夹断预夹断。预夹断。预夹断前，预夹断前，uDSiD。预夹断后，预夹断后，iDSiD 几乎不变。几乎不变。uDS再再，预夹断点下移。，预夹断点下移。（3 3）栅源电压）栅源电压uGS和漏源电压和漏源电压uDS共同共同作用作用 iD=f（uGS、uDS）

37、,可用输两组特性曲线来描绘。可用输两组特性曲线来描绘。Ngds+p+pdiVDDdsNgdi+pp+VDDNgsdidDDVp+p+sidgVdDDp+p+（1）输出特性曲线：）输出特性曲线：iD=f（uDS）uGS=常数常数 3 3、结型场效应三极管的特性曲线结型场效应三极管的特性曲线sgVdDDdiGGVp+p+u=-3VDSGSuGS=-1VuuuGS(mA)=-2VDiGS=0VuGS=0VuGS=-1V设：设：UT=-3V四个区：四个区：恒流区的特点：恒流区的特点：iD/uGS=gm 常数常数 即：即：iD=gm uGS （放大原理）放大原理）（a）可变电阻区可变电阻区（预夹断前）。

38、（预夹断前）。（b）恒流区也称饱和恒流区也称饱和 区（预夹断区（预夹断 后）。后）。（c）夹断区（截止区）。夹断区（截止区）。（d）击穿区。击穿区。u=-3VDSGSuGS=-1VuuuGS(mA)=-2VDiGS=0V可变电阻区可变电阻区恒流区恒流区截止区截止区击穿区击穿区（2）转移特性曲线：）转移特性曲线：iD=f（uGS）uDS=常数常数uuGS=0Vu0u(mA)1u=-3VD-3-1310VDS2(mA)GS(V)21-44iu=-1VD-2GSGSGS4i(V)3=-2V 可根据输出特性曲线作出可根据输出特性曲线作出移特性曲线移特性曲线。例：作例：作uDS=10V的一条的一条转移特

39、性曲线：转移特性曲线：2GSDDSS(1)PuiIU在恒流区时近似表示为：二.绝缘栅场效应管 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管(Metal Oxide Semiconductor FET)，简称简称MOSFET。分为：分为：增强型增强型 N沟道、沟道、P沟道沟道 耗尽型耗尽型 N沟道、沟道、P沟道沟道 1.1.N沟道增强型沟道增强型MOS管管（1 1）结构结构 4个电极：漏极个电极：漏极D，源极源极S，栅极栅极G和和 衬底衬底B。-gsdb符号：符号：-N+NP衬底sgdb源极栅极漏极衬底 当当uGS0V时时纵向电场纵向电场将靠近栅极下方的空穴向将靠近栅极下方的空穴向下排斥下排斥耗尽层。耗尽层

40、。（2 2）工作原理）工作原理 当当uGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在二极管，在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。再增加再增加uGS纵向电场纵向电场将将P区少子电子聚集到区少子电子聚集到P区表面区表面形成导电沟道，形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流就可以形成漏极电流id。栅源电压栅源电压uGS的控制作用的控制作用-P衬底sgN+bdVDD二氧化硅+N-s二氧化硅P衬底gDDV+Nd+bNVGGid 定义：定义：开启电压（开启电压（UT）刚刚产生沟道所需的刚

41、刚产生沟道所需的栅源电压栅源电压UGS。N沟道增强型沟道增强型MOS管的基本特性：管的基本特性：uGS UT，管子截止，管子截止，uGS UT，管子导通。管子导通。uGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压越大，沟道越宽，在相同的漏源电压uDS作作用下，漏极电流用下，漏极电流ID越大。越大。转移特性曲线转移特性曲线：iD=f(uGS)uDS=const 可根据输出特性曲线作出可根据输出特性曲线作出转移特性曲线转移特性曲线。例：作例：作uDS=10V的一条的一条转移特性曲线：转移特性曲线：i(mA)DGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGSuDS(V)Di(mA)10V12341432(V

42、)uGS246UT 一个重要参数一个重要参数跨导跨导gm：gm=iD/uGS uDS=const (单位单位mS)gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。在转移特性曲线上，在转移特性曲线上，gm为的曲线的斜率。为的曲线的斜率。在输出特性曲线上也可求出在输出特性曲线上也可求出gm。1(mA)DSu=6V=3VuuGS(V)1D624i43=5V(mA)243iDGS210V(V)uGSiDGSuiD2mDSSDQPgIIU2GSDDSS(1)PuiIU在恒流区时近似表示为：2.N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET特点：特点：当当uGS=0时，就有沟道

43、，时，就有沟道，加入加入uDS，就有就有iD。当当uGS0时，沟道增宽，时，沟道增宽，iD进一步增加。进一步增加。当当uGS0时，沟道变窄，时，沟道变窄，iD减小。减小。在栅极下方的在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。定义：定义：夹断电压（夹断电压（UP）沟道刚刚消失所需的栅源电压沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。-g漏极s+N衬底P衬底源极d栅极bN+-sbgd增强型增强型MOS管管uDS对对iD的的影响影响 iD随随uDS的的增增大而增大，可

44、大而增大，可变电阻区变电阻区 uGDUGS（th）,预夹断预夹断 iD几乎仅仅几乎仅仅受控于受控于uGS，恒恒流区流区刚出现夹断刚出现夹断uGS的的增大几乎全部用增大几乎全部用来克服夹断区的电阻来克服夹断区的电阻 3、P沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET P沟道沟道MOSFET的工作原理与的工作原理与N沟道沟道 MOSFET完全相同，只不过导电的载流完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有同双极型三极管有NPN型和型和PNP型一样。型一样。4.4.场效应管的主要参数场效应管的主要参数(1)(1)开启电压开启电压UT UT 是是

45、MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不场效应管不能导通。能导通。（2）夹断电压）夹断电压UP UP 是是MOS耗尽型和结型耗尽型和结型FET的参数，当的参数，当uGS=UP时时,漏极电流为零。漏极电流为零。（3）饱和漏极电流）饱和漏极电流IDSS MOS耗尽型和结型耗尽型和结型FET,当当uGS=0时所对应的漏极电流。时所对应的漏极电流。（4）输入电阻）输入电阻RGS 结型场效应管，结型场效应管，RGS大于大于107，MOS场效应管场效应管,RGS可达可达1091015。（5）低频跨导低频跨导gm gm反映了栅压对漏极电流的控

46、制作用，单位是反映了栅压对漏极电流的控制作用，单位是mS(毫西门子毫西门子)。（6）最大漏极功耗最大漏极功耗PDM PDM=UDS ID，与双极型三极管的与双极型三极管的PCM相当。相当。5.5.双极型和场效应型三极管的比较双极型和场效应型三极管的比较双极型三极管双极型三极管 单极型场效应管单极型场效应管载流子载流子多子、少子多子、少子 多子多子输入量输入量电流输入电流输入电压输入电压输入控制控制电流控制电流源电流控制电流源电压控制电流源电压控制电流源输入电阻输入电阻几十到几千欧几十到几千欧几兆欧以上几兆欧以上噪声噪声较大较大较小较小静电影响静电影响不受静电影响不受静电影响易受静电影响易受静电

47、影响制造工艺制造工艺不宜大规模集成不宜大规模集成适宜大规模和超大适宜大规模和超大规模集成规模集成一一.直流偏置电路直流偏置电路 保证管子工作在饱和区，输出信保证管子工作在饱和区，输出信号不失真号不失真 2.6.2 场效应管放大电路场效应管放大电路1.自自偏压电路偏压电路UGS=-IDR 注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的电路。注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的电路。计算计算Q点：点：UGS、ID、UDS2PGSDSSD)1(UUII 已知已知UP，由，由UGS=-IDR可解出可解出Q点的点的UGS、IDUDS=VDD-ID(Rd+R)+gTRdR

48、RgC1C2uouiVD DCdsID 2.分压式自分压式自偏压电路偏压电路SGGSUUU RIVRRRDDDg2g1g2 2PGSDSSD)1(UUII 可解出可解出Q点的点的UGS、ID 计算计算Q点：点：已知已知UP，由，由RIVRRRUDDDg2g1g2GS 该电路产生的栅源电压可正该电路产生的栅源电压可正可负，所以适用于所有的场可负，所以适用于所有的场效应管电路。效应管电路。UDS=VDD-ID(Rd+R)再求：再求：+gTRdRC12CuouiVD DCdsg1Rg2Rg3R二二.场效应管的交流小信号模型场效应管的交流小信号模型 与双极型晶体管一样，场效应管也是一种非线性器件，在交

49、流小信号与双极型晶体管一样，场效应管也是一种非线性器件，在交流小信号情况下，也可以由它的线性等效电路情况下，也可以由它的线性等效电路交流小信号模型来代替。交流小信号模型来代替。其中：其中：gmugs是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。称为低频跨导。称为低频跨导。rds为输出电阻，类似于双极型晶体管的为输出电阻，类似于双极型晶体管的rce。-+dgsgsuudsid+-gsmugsuu-SdsgrdsgdSdi三三.场效应管场效应管放大电路放大电路1.共源放大电路共源放大电路+C2RuTg3D D1Rg1CCVRRgdsig2d

50、RuoRL+-分析：分析：（1）画出共源放大电路的交流小信号等效电路。画出共源放大电路的交流小信号等效电路。（2）求电压放大倍数）求电压放大倍数（3）求输入电阻）求输入电阻（4）求输出电阻）求输出电阻则则)/(g2g1g3iRRRRdoRR +uiugdugsugsmRg3g1Rg2RiRLR-S-o+gROdRgsiuu )/(LdgsmosRRugu )/(LdmiouRRguuA （2）电压放大倍数）电压放大倍数（3）输入电阻）输入电阻)/(LgsmgsiRRuguu )/(LgsmoRRugu )/(1)/(LmLmiouRRgRRguuA 得得)/(g2g1g3iRRRR 分析：分析