23-单极型半导体三极管及其电路分析.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,2.3 单极型半导体三极管,及其电路分析,2.3.1 MOS,场效应管的结构、工作原理及伏安特性,2.3.2,结型场效应管的结构、工作原理及伏安特性,2.3.3,场效应管的主要参数,2.3.4,场效应管基本应用电路及其分析方法,场效应管概述,场效应管概述,场效应管,FET,(,Field Effect Transistor,),优点：,(2),噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、工艺简单、,功耗小、宜大规模集成。,(1),输入阻抗高,(,10,7,10,15,，,IGFET,可高达,10,15,),类,型,金属氧化物半导体型（,MOSFET,型即,M,etal,O,xide,S,emiconductor type,F,ield,E,ffect,T,ransistor,）,结型（,JFET,型即,(,J,unction,F,ield,E,ffect,T,ransistor),N,沟道,P,沟道,N,沟道,P,沟道,增强型,耗尽型,增强型,耗尽型,一、,N,沟道增强型,MOSFET,1.,结构与符号,2.3.1 MOS,场效应管的结构、工作原理及伏安特性,简称,NEMOS,管,栅极绝缘，所以输入电阻很高，输入电流为零,2.工作原理,（,1,),u,GS,对输出电流,i,D,的控制作用,a.,u,GS,=0,时,，无导电沟道。,b.,给,u,GS,加正电压，当,u,GS,U,GS,(,th,),时，栅极表面层形成导电沟道,开始形成导电沟道所需的栅源电压称为,开启电压（,U,GS,(,th,),）,2.工作原理,（,1,),u,GS,对输出电流,i,D,的控制作用,a.,u,GS,=0,时,，无导电沟道。,b.,给,u,GS,加正电压，当,u,GS,U,GS,(,th,),时，栅极表面层形成导电沟道,c.,增大,u,GS,，则导电沟道加宽。,开始形成导电沟道所需的栅源电压称为,开启电压（,U,GS,(,th,),）,改变,u,GS,可控制导电沟道的宽窄，从而控制,输出电流,i,D,的大小。,（,2,）,u,DS,对输出电流,i,D,的控制作用,DS,间的电位差使沟道呈锥形，,靠近漏极端的沟道最窄。,（,2,）,u,DS,对输出电流,i,D,的控制作用,DS,间的电位差使沟道呈锥形，,靠近漏极端的沟道最窄。,当,u,GD,=,U,GS,(,th),时，,漏极附近,反型层消失，称为预夹断。,（,2,）,u,DS,对输出电流,i,D,的控制作用,DS,间的电位差使沟道呈锥形，,靠近漏极端的沟道最窄。,当,u,GD,=,U,GS,(,th),时，,漏极附近,反型层消失，称为预夹断。,继续增大,u,GS,时，,预夹断点,向源极移动。,（,2,）,u,DS,对输出电流,i,D,的控制作用,预夹断发生之前：,u,DS,i,D,因为预夹断发生之前沟道电阻近似为常数,（,2,）,u,DS,对输出电流,i,D,的控制作用,预夹断发生之前：,u,DS,i,D,因为预夹断发生之后：,u,AS,为常数，且,A,、,S,间的沟道电阻近似为常数,预夹断发生之后：,u,DS,i,D,不变,(,1,),输出特性,u,DS,u,GS,U,GS,(,th,),已预夹断。,压控恒流特性、放大特性,3.,伏安特性,u,DS,10,8,2.3.3,场效应管的主要参数,2.,饱和漏极电流,I,DSS,耗尽型场效应管在,u,GS,=0,时,所对应的饱和漏极电流。,I,DSS,开启电压,U,GS,(,th,),(,增强型,),夹断电压,U,GS,(,off,),(,耗尽型,),U,GS,(,th,),U,GS,(,off,),u,GS,/V,i,D,/mA,O,4.,低频跨导,g,m,反映了,u,GS,对,i,D,的控制能力，,单位,S,(,西门子,),。一般为几,毫西,(,mS,),u,GS,/V,i,D,/mA,Q,O,耗尽型管放大工作时,增强型管放大工作时,I,DO,是,u,GS,=2,U,GS,(,th,),时的,i,D,值,2.3.3,场效应管的主要参数,5.,漏源动态电阻,r,ds,6.,漏源击穿电压,U,(BR)DS,饱和时,r,ds,一般为几十,k,几百,k,P,D,=,u,DS,i,D,8.,最大漏极功耗,P,DM,7.,栅源击穿电压,U,(BR)GS,2.3.3,场效应管的主要参数,*FET,小结,*FET,小结,FET,是利用栅源电压改变导电沟道的宽窄来控,制漏极电流的。由于输入电流极小，故称为电压控制,型器件，而,BJT,则称为电流控制型器件。,FET,有耗尽型和增强型之分，耗尽型存在原始导,电沟道，而增强型只有在栅源电压绝对值大于开启电,压,绝对,值后，才会形成导电沟道。各类场效应管均有,N,沟道和,P,沟道之分，故共有六种类型场效应管。注,意比较它们的符号、伏安特性、工作电压极性要求。,FET,小结,零,零,*FET,小结,当场效应管工作于饱和区时，对于耗尽型管有,对于增强型管有,I,DO,是,u,GS,=2,U,GS,(,th,),时的,i,D,值,2.3.4,场效应管基本应用电路及其分析方法,基本应用：放大电路、电流源电路、,压控电阻、开关电路,分析方法：对,FET 放大电路,，通常用公式法计算,Q,点，用小信号模型法进行动态分析；,也可用图解法。,场效应管的小信号模型,小信号模型,简化小信号模型,例,2.3.2,下图中，,R,G,=1M,，,R,S,=2k,，,R,D,=12k,，,V,DD,=20V,。,FET,的,I,DSS,=4mA,，,U,GS(off),=-4V,，求,U,GSQ,、,I,DQ,和,U,DSQ,。,解：,设,FET,放大工作，则可列出,代入元件参数，求解得两个解为,I,DQ,=4mA,和,I,DQ,1mA,由,I,DQ,=4mA,，得,U,GSQ,=-4mA2k=-8V,，其值已小于,U,GS(off),，,对应的,I,DQ,应为零，故不合理，应舍弃。方程解应为,I,DQ,1mA,U,GSQ,=-,（,12,）,V=-2V,例,2.3.2,解续：,由电路可得,U,DSQ,=,（,20-1(12+2),）,V=6V,由于,U,DSQ,U,GSQ,-,U,GS(off),=-2V+4V =2V,因此假设正确，计算结果有效，故,U,GSQ,=-2V,，,I,DQ,1mA,，,U,DSQ,=6V,例,2.3.3,图示场效应管放大电路中，,u,s,=20sint mV,，,场效应管的,I,DSS,=4mA,，,U,GS(off),=-4V,，电容,C,S,对输入交流信号可视为短路，,试求交流输出电压,u,o,的表达式。,（,1,）求,I,DQ,、,g,m,该电路的直流通路及其参数与例,2.3.2,中相同，故,I,DQ,1mA,由耗尽型场效应管,g,m,计算公式得,解：,例,2.3.3,解续：,（,2,）画出放大电路的交流通路和小信号等效电路,例,2.3.3,解续：,（,3,）求,u,o,u,o,=-,g,m,u,gs,R,D,=-,g,m,u,s,R,D,作业：,2.3,复习要点,1.,了解场效应管的结构，理解其工作原理。,掌握场效应管的符号、伏安特性、工作特点与,主要参数。,3.,理解场效应管放大电路的分析方法。,主要要求：,2.3,复习要点,场效应管的符号、伏安特性、工作电压极性、主,要参数、小信号模型。,重点：,通过多练习，做到根据转移特性曲线或输出特性,曲线，能判断管子类型，确定,U,GS(th),、,U,GS(off),、,I,DSS,等参数。,试比较,FET,和,BJT,在,正向控制作用、伏安特性、,放大区偏置电压要求、主要参数、基本应用电路、,简化小信号模型、分析方法等方面的异同。,*,讨论,讨论小结,讨论小结 续,讨论小结 续,