第4章-场效应管放大电路new-P沟道课件.ppt

1、电子技术基础（模拟部分）电子技术基础（模拟部分）兰州大学信息科学与工程学院兰州大学信息科学与工程学院20192019年年场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。高，温度稳定性好。结型场效应管结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种场效应管有两种:4.1 场效应晶体管场效应晶体管N沟道沟道P沟道沟道耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型N沟道沟道P沟道沟道一、结构及符号一、结构及符号4.1.1 结型场效应管结型场效应管:源极（S）栅极（G）P区漏极DNNDGSN沟道GSDP沟道

2、扩散情况：NPNN二、工作原理（以二、工作原理（以P沟道为例，沟道为例，N沟道见书）沟道见书）UDS=0V时时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，结反偏，UGS越大则耗尽区越越大则耗尽区越宽，导电沟道越宽，导电沟道越窄。窄。4.1.1 结型场效应管结型场效应管:PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时时NNUGS越大耗尽区越宽，沟越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。道越窄，电阻越大。但当但当UGS较小时，耗尽区较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。何间相当于线性电阻。何种载流子导电？种载流子导电？二、工作原理（以二、工作原理（以P沟道为例

3、）沟道为例）4.1.1 结型场效应管结型场效应管:PGSDUDSUGSNNUDS=0时时UGS达到一定值时（达到一定值时（夹断电夹断电压压VP）,耗尽区碰到一起，耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使间被夹断，这时，即使UDS 0V，漏极电流漏极电流ID=0A。ID二、工作原理（以二、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）4.1.1 结型场效应管结型场效应管:PGSDUDSUGSUGS0、UGDVP时耗尽区的形状时耗尽区的形状NN越靠近漏端，越靠近漏端，PN结反压越大结反压越大ID二、工作原理（以二、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）4.1.1 结型场效应管结型场效应管:PGSDUDSUGSUG

4、SVp且且UDS较大时较大时UGDVP时耗尽区的形状时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻沟道中仍是电阻特性，但是是非特性，但是是非线性电阻。线性电阻。ID二、工作原理（以二、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）4.1.1 结型场效应管结型场效应管:GSDUDSUGSUGSVp UGD=VP时时NN漏端的沟道被夹断，称为漏端的沟道被夹断，称为予夹断。予夹断。UDS增大则被夹断增大则被夹断区向下延伸。区向下延伸。ID二、工作原理（以二、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）4.1.1 结型场效应管结型场效应管:GSDUDSUGSUGS0时时UGS足够大时足够大时（UGSVT）感）感应出足够多电子，应出足够多

5、电子，这里出现以电子这里出现以电子导电为主的导电为主的N型型导电沟道。导电沟道。感应出电子感应出电子VT称为开启（阈值）电压称为开启（阈值）电压二、二、MOS管的工作原理管的工作原理4.1.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管:UGS较小时，导较小时，导电沟道相当于电电沟道相当于电阻将阻将D-S连接起连接起来，来，UGS越大此越大此电阻越小。电阻越小。PNNGSDUDSUGS二、二、MOS管的工作原理管的工作原理4.1.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管:PNNGSDUDSUGS当当UDS不太大不太大时，导电沟时，导电沟道在两个道在两个N区区间是均匀的。间是均匀的。当当UDS较大较大时，靠近时，靠近

6、D区的导电沟区的导电沟道变窄。道变窄。二、二、MOS管的工作原理管的工作原理4.1.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管:PNNGSDUDSUGS夹断后，即夹断后，即使使UDS 继续继续增加，增加，ID仍仍呈恒流特性呈恒流特性。IDUDS增加，增加，UGD=VT 时，时，靠近靠近D端的沟道被夹断，端的沟道被夹断，称为予夹断。称为予夹断。二、二、MOS管的工作原理管的工作原理4.1.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管:三、增强型三、增强型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT4.1.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管:输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS

7、0三、增强型三、增强型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线4.1.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管:四、耗尽型四、耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有时就有导电沟道，加反向电压才能导电沟道，加反向电压才能夹断。夹断。转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT4.1.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管:输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS=0UGS0四、耗尽型四、耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线4.1.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管:DSGSDmUUIg4.1.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管:五、说明：五、说明：（1）

8、MOS管由四种基本类型；（2）MOS管的特性与结型场效应管的特性类似；（3）增强型的MOS管的UGS必须超过一定的值以使沟道形成；耗尽型的MOS管使形成沟道的UGS可正可负；（4）MOS管的输入阻抗特高（5）衡量场效应管的放大能力用跨导 单位：msGGSDCGSIUR)(六、六、MOS管的有关问题管的有关问题4.1.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管:（2）交流参数低频跨导：极间电容：栅源电容CGS，栅漏电容CGD，漏源电容CDS（3）极限参数 最大漏极电流IDM，最大耗散功率P0M，漏源击穿电压U(BR)DS栅源击穿电压UBR)GS1、主要参数（1）直流参数开启电压UGS(th)指增强型的MO

9、S管夹断电压UGS(off)指耗尽型的MOS管饱和漏电流IDSS直流输入电阻：通常很大107左右三三 极极 管管场场 效效 应应 管管导电机构双极性器件单极性器件导电方式载流子的扩散与漂移漂移控制方式电流控制电压控制类 型NPN 型、PNP 型P、N 沟道，增强、耗尽型放大参数=30100gm=16ms输入电阻1021041071015抗辐射能力差好噪 声大小热稳定性差好制造工艺复杂简单、成本低；便于集成灵活性C、E 不能互换D、S 可以互换六、六、MOS管的有关问题管的有关问题4.1.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管:2、场效应管与三极管的比较六、六、MOS管的有关问题管的有关问题4.1.2

10、 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管:3、使用注意事项（1）结型场效应管的栅源电压不能接反，但可在开路状态下保存；（2）MOS管在不使用时，须将各个电极短接；（3）焊接时，电烙铁必须有外接地线，最好是断电后再焊接；（4）结型场效应管可用万用表定性检测管子的质量，而MOS管必须用专门的仪器来检测；（5）若用四引线的场效应管，其衬底引线应正确连接；4.2 场效应管放大电路场效应管放大电路(1)静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。区，场效应管的偏置电路相对简单。(2)动态：能为交流信号提供通路。动态：能为交流信号提供通路。

11、组成原则：组成原则：静态分析：静态分析：估算法、图解法。估算法、图解法。动态分析：动态分析：微变等效电路法。微变等效电路法。分析方法：分析方法：场效应管是电压控制器件。它利用栅源电压来控制漏极电流的变化。它的放大作用以跨导来体现，在场效应管的漏极特性的水平部分，漏极电流iD的值主要取决于vGS，而几乎与vDS无关。1、固定偏置电路固定偏置电路 4.2.1 场效应管的直流偏置电路场效应管的直流偏置电路+EDRdRgEgTuouiT：控制器件（N沟道耗尽型MOS管）ED、Eg：直流电源C1、C2：隔直流通交流Rd：将变化的电流转化为变化的电压为保证T工作是恒流区，必须满足：UGS始终为负；UDS始

12、终为正，且UDGUP2、自偏压电路、自偏压电路3、分压式自偏压电路、分压式自偏压电路vGSvGSvGSvGSvGSSV GSVGVDDg2g1g2VRRR RID 4.2.1 场效应管的直流偏置电路场效应管的直流偏置电路Rg：使g与地的直流电位几乎相同（因上无电流）。R：当IS流过R时产生直流压降ISR，使S对地有一定的电压：UGS=ISR=IDRUGS则：则：UG US而：而：IG=0所以：所以：UDD=20VuoRSuiCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kV5212DDGURRRUmA5.0SGSSDRURUIV10)(DSDDDDSRRIUU4.2.4 场效

13、应管的共源极放大电路场效应管的共源极放大电路UDD=20VuoRSuiCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、动态分析二、动态分析微变等效电路微变等效电路sgR2R1RGRLdRLRDgsmUggsUgsiUU)/(LDgsmoRRUgULmiouRgUUA21/RRRrGiM0375.1ro=RD=10k4.2.5 共漏极放大器共漏极放大器源极输出器源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、静态分析一、静态分析USUGmA50.RURUISGSSDUDS=UDD-US=20-5=15VV5211DDGURRRU4.2

14、.5 共漏极放大器共漏极放大器源极输出器源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2GLgsmgsLgsmiouRUgURUgUUA11LmLmRgRgriro ro gR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路二、动态分析二、动态分析21/RRRrGiM0375.1输出电阻输出电阻 ro加压求流法加压求流法mgsmgsdogUgUIUr1SooRrr/UIdIgd微变等效电路微变等效电路ro ro R2R1RGsRSgsUgsmUg4.2.5 共漏极放大器共漏极放大器源极输出器源极输出器二、动态分析二、动态分析微变等效电路4.2.6 共栅放大器共栅

15、放大器动态分析动态分析EDRESRdRLuigmugsgduiRdRLsRI总IiRgRIUmii1RgRIURmiii11、电压放大倍数Uo=gmUgsLRUi=UgsLR Au=Uo/Ui=gm2、输入电阻 Ui=I总R=(Ii+gmUgs)R =(IigmUi)R得3、输出电阻 Ro=RdLR场效应管放大电路小结场效应管放大电路小结(1)场效应管放大器输入电阻很大。场效应管放大器输入电阻很大。(2)场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器(漏极输出漏极输出)输入输入输出反相，电压放大倍数大于输出反相，电压放大倍数大于1；输出电；输出电阻阻=RD。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电场

16、效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于压放大倍数小于1且约等于且约等于1；输出电阻；输出电阻小。小。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：CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET电压增益：电压增益：beLc)/(rRR )/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(rRR CE：CC：CB：)/(LdmRRg)/(1)/(LmLmRRgRRg)/(LdmRRgCS：CD：CG：beb/rR输出电阻：输出电阻：cR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRR 1/beerRcR 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/gRdR