场效应管放大电路(4).ppt

第第5 5章章 场效应管放大电路场效应管放大电路1 结型场效应管结型场效应管2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管3 场效应管放大电路的分析场效应管放大电路的分析4 各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较1整理课件结型场效应管结型场效应管(JFET)Junction type Field Effect Transistor金属氧化物半导体场效应管金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)Metal-Oxide-Semiconductor type Field Effect Transistor场效应管的分类场效应管的分类:1 结型场效应管结型场效应管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2整理课件1、结构及符号、结构及符号DGSN沟道GSDP沟道扩散情况：NPNN源极（S）栅极（G）P区漏极DNN3整理课件2、工作原理（以、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）PNN（1）设）设UDS=0V，UGS0V 随随UGS的增大，耗尽区变宽，导电沟道变窄。的增大，耗尽区变宽，导电沟道变窄。当当UGS较小时，较小时，DS间相当于线性电阻。间相当于线性电阻。UGS达到一定值时（达到一定值时（夹断电压夹断电压UP）,耗尽区碰到一起，耗尽区碰到一起，DS间间被夹断被夹断。GSDUDSUGSID4整理课件P（2）设）设UDS0V 随随UGS的增大，导电沟道上端更窄。的增大，导电沟道上端更窄。当当UGS较小时，因为越靠近漏端，较小时，因为越靠近漏端，PN结反压越大，所结反压越大，所以，以，DS间存在上窄下宽的导电沟道。间存在上窄下宽的导电沟道。UGS达到一定值时，导电沟道达到一定值时，导电沟道上端上端被夹断被夹断（预夹断，此时，预夹断，此时，UGD=UP）。）。NN随随UGS的增大，导电沟的增大，导电沟夹断夹断的部分向下的部分向下延伸延伸。此时，电流此时，电流ID由未被夹断区域中由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随的载流子形成，基本不随UDS的的增加而增加，呈恒流特性。增加而增加，呈恒流特性。2、工作原理（以、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）GSDUDSUGSID5整理课件（3）由由于于受受UDS的的影影响响，导导电电沟沟道道呈呈上上窄窄下下宽宽的形式，故总是沟道的上部先被夹断；的形式，故总是沟道的上部先被夹断；结论：结论：（1）因为栅源间加反向电压，故栅极几乎不取电流；）因为栅源间加反向电压，故栅极几乎不取电流；（2）输出电流）输出电流ID受受UGS控制，故场效应管是一种电压控制器件；控制，故场效应管是一种电压控制器件；（4）场效应管与双极型晶体管）场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。高，温度稳定性好。2、工作原理（以、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）PNNGSDUDSUGSID6整理课件3、特性曲线、特性曲线饱和漏极电流饱和漏极电流夹断电压夹断电压（1）转移特性）转移特性 ID=f(UGS)|UDS 饱饱和和区区中中的的各各条条转转移移特特性性几几乎乎重重合合，通常我们就用一条曲线来表示。通常我们就用一条曲线来表示。经验公式：经验公式：IDVmAVUDSUGSUGS0IDIDSSUP（2）输出特性曲线）输出特性曲线ID=f(UDS)|UGS预夹断曲线预夹断曲线恒流区恒流区2V0V1V4V夹断区夹断区UGS=3VID-U DS0可变电阻区可变电阻区7整理课件UGS0IDIDSSUP4、N沟道结型场效应管的特性曲线沟道结型场效应管的特性曲线IDU DS0UGS=0V-1V-3V-4V-5V-2VVmAVUDSUGSID8整理课件 5、结型场效应管的缺点：、结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场以上，但在某些场合仍嫌不够高。合仍嫌不够高。3.栅源极间的栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。电阻会显著下降。9整理课件一、结构和电路符号一、结构和电路符号GSDPNNN沟道增强型沟道增强型GSDGSDP 沟道增强型沟道增强型2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管PNNSGDSiO2Ai高浓度高浓度GSDNPP10整理课件二二、MOS管的工作原理管的工作原理UGSUDSNNGSDPUGS0时：时：UGS0时：时：UGS足够大时感应出足够多电子到足够大时感应出足够多电子到P区的顶部，区的顶部，出现以电子导电为主的出现以电子导电为主的N型导电沟道。型导电沟道。D-S 间相当于两个反接间相当于两个反接的的PN结结ID=0对应截止区对应截止区以以N 沟道增强型为例沟道增强型为例导电沟道刚形成对应的导电沟道刚形成对应的UGS UT称为开启电压称为开启电压当当UDS不太大时，导电沟道不太大时，导电沟道在两个在两个N区间是均匀的。区间是均匀的。ID011整理课件二二、MOS管的工作原理管的工作原理UGSUDSNNGSDUGS0时：时：UGS0时：时：对应截止区对应截止区以以N 沟道增强型为例沟道增强型为例导电沟道刚形成对应的导电沟道刚形成对应的UGS UT称为开启电压称为开启电压UDS增加，增加，UGD=UT 时，靠近时，靠近D端端的沟道被夹断，称为预夹断。的沟道被夹断，称为预夹断。夹断后，即使夹断后，即使UDS 继续增加，继续增加，ID仍呈仍呈恒流特性恒流特性。ID当当UDS较大时，靠近较大时，靠近D端的导电沟道变窄。端的导电沟道变窄。P12整理课件三、三、MOS管的特性曲线管的特性曲线0IDUGSUT输出特性曲线输出特性曲线 ID=f(UGS)|UDSIDU DS0UGS=0UGS=3UGS=1UGS=2UGS=4UGS=5UGSUDSNNGSDP转移特性转移特性 ID=f(UGS)|UDS以以N 沟道增强型为例沟道增强型为例13整理课件NN四四、耗尽型耗尽型MOS管管GSDP+N 沟道耗尽型沟道耗尽型预埋了导电沟道预埋了导电沟道 P 沟道耗尽型沟道耗尽型GSDGSD14整理课件耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。转移特性曲线转移特性曲线输出特性曲线输出特性曲线UP-夹断电压夹断电压P沟道的特性曲线沟道的特性曲线?四四、耗尽型耗尽型MOS管管UPIDU DS0UGS=-2UGS=1UGS=-1UGS=0UGS=2UGS=3UGSID-3 -2 -1 0 1 2 3N 沟道耗尽型沟道耗尽型UDS常数常数15整理课件五、说明：五、说明：（1）MOS管有四种基本类型；管有四种基本类型；（2）MOS管的特性与结型场效应管的特性类似；管的特性与结型场效应管的特性类似；（3）增强型的）增强型的MOS管的管的UGS必须超过一定的值以使沟道形成；必须超过一定的值以使沟道形成；耗尽型的耗尽型的MOS管使形成沟道的管使形成沟道的UGS可正可负；可正可负；（4）MOS管的输入阻抗特高；管的输入阻抗特高；（5）衡量场效应管的放大能力用跨导（）衡量场效应管的放大能力用跨导（互导互导）IDU DS0UGS=0UGS=3UGS=1UGS=2UGS=4UGS=5N沟道增强型沟道增强型MOS管管 iD uGS10-1101ms跨导反映了跨导反映了UGS对对ID的控制能力；的控制能力；相当于转移特性上工作点处的斜率；相当于转移特性上工作点处的斜率；0IDUGSUTQ16整理课件五、说明：五、说明：（1）MOS管有四种基本类型；管有四种基本类型；（2）MOS管的特性与结型场效应管的特性类似；管的特性与结型场效应管的特性类似；（3）增强型的）增强型的MOS管的管的UGS必须超过一定的值以使沟道形成；必须超过一定的值以使沟道形成；耗尽型的耗尽型的MOS管使形成沟道的管使形成沟道的UGS可正可负；可正可负；（4）MOS管的输入阻抗特高；管的输入阻抗特高；（5）衡量场效应管的放大能力用跨导（）衡量场效应管的放大能力用跨导（互导互导）IDU DS0UGS=0UGS=3UGS=1UGS=2UGS=4UGS=5N沟道增强型沟道增强型MOS管管10-1101ms跨导反映了跨导反映了UGS对对ID的控制能力；的控制能力；相当于转移特性上工作点处的斜率；相当于转移特性上工作点处的斜率；（6）漏极输出电阻：）漏极输出电阻：很大，常可以看作开路；很大，常可以看作开路；iD uDS17整理课件六、六、MOS管的有关问题管的有关问题（2）交流参数）交流参数输出电阻输出电阻rds；低频跨导；低频跨导gm极间电容：栅源电容极间电容：栅源电容CGS，栅漏电容栅漏电容CGD，漏源电容漏源电容CDS（3）极限参数）极限参数 最大漏极电流最大漏极电流IDM，最大耗散功率，最大耗散功率P0M，漏源击穿电压，漏源击穿电压U(BR)DS栅源击穿电压栅源击穿电压U(BR)GS1、主要参数、主要参数（1）直流参数）直流参数开启电压开启电压UT指增强型的指增强型的MOS管管夹断电压夹断电压UP指耗尽型的指耗尽型的MOS管管饱和漏电流饱和漏电流IDSS直流输入电阻：直流输入电阻：通常很大通常很大107左右左右18整理课件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19整理课件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；六、六、MOS管的有关问题管的有关问题20整理课件 3 场效应管放大电路的分析场效应管放大电路的分析(1)静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区。静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区。场效应场效应管的偏置电路相对简单。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。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。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，漏极电流电流iD的值主要取决于的值主要取决于uGS，而几乎与，而几乎与uDS无关。无关。21整理课件1、固定偏置电路固定偏置电路 一、一、场效应管的直流偏置电路场效应管的直流偏置电路T：控制器件（：控制器件（N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管）管）ED、Eg：直流电源：直流电源C1、C2：隔直流通交流：隔直流通交流Rd：将变化的电流转化为变化的电压：将变化的电流转化为变化的电压为保证为保证T工作是恒流区，必须满足：工作是恒流区，必须满足：UGS始终为负；始终为负；UDS始终为正，且始终为正，且UDG-UPEgEDuouiRdC1RgRLGDSC22、分压式自偏压电路、分压式自偏压电路uoRsuiCsR1RdRgR2RLED22整理课件3、自偏压电路、自偏压电路一、一、场效应管的直流偏置电路场效应管的直流偏置电路Rg：使：使g与地的直流电位几乎相同（因与地的直流电位几乎相同（因上无电流）。上无电流）。Rs：当：当IS流过流过Rs时产生直流压降时产生直流压降IsRs，使：使：UGS=-ISRs=-IDRsUGS则：UGUS而：IG=0所以：ED=20VuoRsuiCsR1RdRgR2RL150k50k1M10k10kGDS10k28整理课件四、四、场效应管的共源极放大电路场效应管的共源极放大电路二、动态分析二、动态分析Ro=RD=10k ED=20VuoRsuiCsR1RdRgR2RL150k50k1M10k10kGDS10kRLRLRDsgR2R1RgdsgR2R1RgdRLRDU29整理课件gR2R1RGsdRLRS五、五、共漏极放大器共漏极放大器源极输出器源极输出器uo+EDRsuiC1R1RgR2RL150k50k1M10kDSC2GRiro ro URLRsRLsdgR2R1Rg30整理课件gduoRsuiIis六、六、共栅放大器共栅放大器1、电压放大倍数、电压放大倍数ui=-ugs Au=uo/ui=gm2、输入电阻、输入电阻3、输出电阻、输出电阻 Ro=RdRdRLRLuoRsuiRdRLESEDgdRsuiI总总IisRduoRLURi31整理课件设设 gm=3mA/V=50rbe=1.7k前级前级:场效应管场效应管共源极放大器共源极放大器后级后级:晶体管晶体管共射极放大器共射极放大器例题：例题：求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。+ECRS3M(+24V)R120k10kC2C3R4R3RLRE282k43k10k8k10kC1RCT1RE1CE2T2CE1RD10kR21M32整理课件+ECRS3M(+24V)R120k10kC2C3R4R3RLRE282k43k10k8k10kC1RCT1RE1CE2T2CE1RD10kR21M例题：例题：求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。Ro2=RC=10kRi2=R3/R4/rbe =1.7 k Ri2设设 gm=3mA/V=50rbe=1.7kRi1=R1/R2=3/1=0.75M Au=Au1Au2 =647Ro=Ro2=10kR1=Ri1=0.75M 33整理课件4 各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较请参看教材自己总结请参看教材自己总结34整理课件第五章第五章 结束结束35整理课件