2324学时场效应管及其放大电路.pptx

13.7.4 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应1.多级放大电路的增益多级放大电路的增益 前级的开路电压是下级的信号源电压前级的开路电压是下级的信号源电压 前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗 下级的输入阻抗是前级的负载下级的输入阻抗是前级的负载23.7.4 多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应2.多级放大电路的频率响应多级放大电路的频率响应 多级放大电路的通频多级放大电路的通频带比它的任何一级都窄带比它的任何一级都窄（以两级为例）（以两级为例）则单级的上下限频率处的增益为则单级的上下限频率处的增益为当两级增益和频带均相同时，当两级增益和频带均相同时，两级的增益为两级的增益为即两级的带宽小于单级带宽即两级的带宽小于单级带宽这是多级放大电路的这是多级放大电路的一个重要概念。一个重要概念。3第三章第三章结结 束束4*4.1 结型场效应管结型场效应管(Junction Junction Field Effect Field Effect TransistorTransistor,JFET)*4.2 砷化镓砷化镓(GaAs)金属金属-半导体场效应管半导体场效应管 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(Metal-(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)4.4场效应管放大电路场效应管放大电路(MOSFET放大电路放大电路)场效应管场效应管:Field Effect Transistor(FET):Field Effect Transistor(FET)体积小、重量轻、省电、体积小、重量轻、省电、寿命长、输入阻抗高、噪寿命长、输入阻抗高、噪声低、热稳定性好，制作声低、热稳定性好，制作工艺简单。工艺简单。5N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）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)分类：分类：耗尽型耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道64.3 金属金属-氧化物氧化物-半导体场半导体场效应管效应管分类：分类：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 74.3.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET1、结构结构（N沟道）沟道）L：沟道长度：沟道长度W：沟道宽度：沟道宽度tox：绝缘层厚度：绝缘层厚度通常通常 W L 1、杂浓度、杂浓度低、电阻率低、电阻率高。高。2、扩散的方法，参杂浓、扩散的方法，参杂浓度高度高348剖面图剖面图1、结构结构（N沟道）沟道）符号符号漏极漏极d:Drain 栅极栅极g:Gate源极源极s:Source4.3.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET92、工作原理工作原理PNNGSD当当VGS=0时，时，此时，此时，DS之间无论加何种电压，都不会有漏之间无论加何种电压，都不会有漏极电流产生。极电流产生。(1)1)栅源电压栅源电压V VGSGS的控制作用的控制作用 G10在在VGS=0V时时ID=0，只有当，只有当VGSVT后才会出现漏极电流，这后才会出现漏极电流，这种种MOS管称为管称为增强型增强型MOS管管。进一步增加进一步增加VGS，当当VGSVT时（时（VT开启电压开启电压)，形成沟道，将漏，形成沟道，将漏极和源极沟通。若此时加有漏源电压，就可形成漏极电流极和源极沟通。若此时加有漏源电压，就可形成漏极电流ID。在。在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与P型半导体的多数载流型半导体的多数载流子空穴极性相反，故称为子空穴极性相反，故称为反型层反型层。随着随着VGS的继续增加，的继续增加，ID将不将不断增加。断增加。若若0VGSVT（VT开启电压开启电压)时，时，不足以形成沟道将不足以形成沟道将漏极和源极沟通，漏极和源极沟通，所以不能形成漏极所以不能形成漏极电流电流ID。112、工作原理工作原理（2）vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用靠近漏极靠近漏极d d处的电位升高处的电位升高电场强度减小电场强度减小 沟道变薄沟道变薄当当vGSGS一定（一定（vGS GS V VT T）时，）时，vDSDS iD D 沟道电位梯度沟道电位梯度 整个沟道呈整个沟道呈楔形分布楔形分布12当当vGSGS一定（一定（vGS GS V VT T）时，）时，vDSDS iD D 沟道电位梯度沟道电位梯度 当当vDSDS增加到使增加到使vGDGD=V VT T 时，时，在紧靠漏极处出现预夹断。在紧靠漏极处出现预夹断。2.工作原理工作原理（2）vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用在预夹断处：在预夹断处：vGDGD=vGSGS-vDS DS=V VT T13预夹断后，预夹断后，vDSDS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 iD D基本不变基本不变2.工作原理工作原理（2）vDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用142.工作原理工作原理（3）vDS和和vGS同时作用时同时作用时 vDSDS一定，一定，vGSGS变化时变化时 给定一个给定一个vGS GS，就有一条不同，就有一条不同的的 iD D vDS DS 曲线。曲线。153.V-I 特性曲线特性曲线（1）输出特性）输出特性 截止区截止区当当vGSVT时时，导导电电沟沟道道尚尚未未形形成成，iD0，为为截截止止工工作状态。作状态。163.V-I 特性曲线特性曲线（1）输出特性）输出特性 可变电阻区可变电阻区 vDS（vGSVT）其中其中 n：反型层中电子迁移率：反型层中电子迁移率Cox：栅栅极极（与与衬衬底底间间）氧氧化层单位面积电容化层单位面积电容本征电导因子本征电导因子Kn为电导常数，单位：为电导常数，单位：mA/VmA/V2 2173.V-I 特性曲线特性曲线（1）输出特性）输出特性 可变电阻区可变电阻区 vDS（vGSVT）由于由于vDS较小，可近似为较小，可近似为rdso是一个受是一个受vGS控制的控制的可变电阻可变电阻 183.V-I 特性曲线特性曲线（1）输出特性）输出特性 饱和区饱和区（恒流区又称放大区）（恒流区又称放大区）vGS GS VT，且，且vDSDS（v vGSGSVT）是是vGSGS2 2VT时的时的iD D V V-I I 特性：特性：193.V-I 特性曲线特性曲线（2）转移特性）转移特性204.3.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET1.结构和工作原理简述结构和工作原理简述（N沟道）沟道）当当vgs=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。于是，时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。于是，只要有漏源电压，就有漏极电流存在。当只要有漏源电压，就有漏极电流存在。当vgs0时，将使时，将使id进一进一步增加。步增加。vgs0时，随着时，随着vgs的减小的减小,漏极电流逐渐减小，直至漏极电流逐渐减小，直至id=0。对应对应id=0的的vgs称为称为夹断电压夹断电压，用符号，用符号VP表示。表示。214.3.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET2.V-I 特性曲线特性曲线 （N N沟道增强型）沟道增强型）饱和漏电流饱和漏电流22 P沟道沟道MOSFET24MOSFET的主要参数的主要参数一、直流参数一、直流参数NMOSNMOS增强型增强型1.1.开启电压开启电压V VT T （增强型参数）（增强型参数）2.2.夹断电压夹断电压V VP P （耗尽型参数）（耗尽型参数）3.3.饱和漏电流饱和漏电流I IDSSDSS （耗尽型参数）（耗尽型参数）二、交流参数二、交流参数 1.1.输出电阻输出电阻r rdsds 当不考虑沟道调制效应时，当不考虑沟道调制效应时，0 0，rdsds 25MOSFET的主要参数的主要参数2.2.低频互导低频互导g gm m 二、交流参数二、交流参数 三、极限参数三、极限参数 1.1.最大漏极电流最大漏极电流I IDMDM 2.2.最大耗散功率最大耗散功率P PDMDM 3.3.最大漏源电压最大漏源电压V V（BRBR）DSDS 4.4.最大栅源电压最大栅源电压V V（BRBR）GSGS 26各类场效应三极管的特性曲线各类场效应三极管的特性曲线绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型27绝缘栅场效应管 N沟道耗尽型P 沟道耗尽型28场效应管使用注意事项：场效应管使用注意事项：(1)在在MOS管中，若产品将衬底引出，一般来说，管中，若产品将衬底引出，一般来说，P衬底接衬底接低电位，低电位，N衬底接高电位。但在某些特殊的电路中，当源极衬底接高电位。但在某些特殊的电路中，当源极的电位很高或很低时，为了减轻源衬间电压对管子导电性能的电位很高或很低时，为了减轻源衬间电压对管子导电性能的影响，可将源极与衬底连在一起。的影响，可将源极与衬底连在一起。(2)FET通常制成漏极与源极可以互换，其通常制成漏极与源极可以互换，其V-I特性没有明显的特性没有明显的变化。但有些产品出厂时已将源极与衬底连在一起，这时源变化。但有些产品出厂时已将源极与衬底连在一起，这时源极与漏极不能对调，使用时必须注意。极与漏极不能对调，使用时必须注意。(3)焊接时，电烙铁必须有外接地线，以屏蔽交流电场，防焊接时，电烙铁必须有外接地线，以屏蔽交流电场，防止损坏管子特别是焊接止损坏管子特别是焊接MOSFET时，最好断电后再焊接。时，最好断电后再焊接。294.4 MOSFET放大电路放大电路1.直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算2.图解分析图解分析3.小信号模型分析小信号模型分析304.4 MOSFET放大电路放大电路1.直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算（1）简单的共源极放大电路）简单的共源极放大电路（N沟道）沟道）共源极放大电路共源极放大电路直流通路直流通路314.4 MOSFET放大电路放大电路1.直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算（1）简单的共源极放大电路）简单的共源极放大电路（N沟道）沟道）假设工作在饱和区，即假设工作在饱和区，即验证是否满足验证是否满足如果不满足，则说明假设错误如果不满足，则说明假设错误须满足须满足VGS VT，否则工作在截止区，否则工作在截止区再假设工作在可变电阻区再假设工作在可变电阻区即即32假设工作在饱和区假设工作在饱和区满足满足假设成立，结果即为所求。假设成立，结果即为所求。解：解：例：例：设设Rg1=60k，Rg2=40k，Rd=15k，试计算电路的静态漏极电流试计算电路的静态漏极电流IDQ和漏源和漏源电压电压VDSQ。VDD=5V，VT=1V，334.4 MOSFET放大电路放大电路1.直流偏置及静态工作点的计算直流偏置及静态工作点的计算（2）带源极电阻的）带源极电阻的NMOS共源极放大电路共源极放大电路饱和区饱和区需要验证是否满足需要验证是否满足344.4 MOSFET放大电路放大电路2.图解分析图解分析由于负载开路，交流负由于负载开路，交流负载线与直流负载线相同载线与直流负载线相同 354.4 MOSFET放大电路放大电路3.小信号模型分析小信号模型分析（1）模型）模型静态值静态值（直流）（直流）动态值动态值（交流）（交流）非线性非线性失真项失真项 当当，vgs 2(2(VGSQ-VT)时，时，364.4 MOSFET放大电路放大电路3.小信号模型分析小信号模型分析（1）模型）模型=0=0时时高频小信号模型高频小信号模型373.小信号模型分析小信号模型分析解：假设用前面的方法已经求解：假设用前面的方法已经求得：得：（2）放大电路分析）放大电路分析s383.小信号模型分析小信号模型分析（2）放大电路分析）放大电路分析s393.小信号模型分析小信号模型分析（2）放大电路分析）放大电路分析共漏共漏403.小信号模型分析小信号模型分析（2）放大电路分析）放大电路分析41第四章第四章结束结束425.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题5.2 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路 5.3 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路*5.4 集成功率放大器集成功率放大器*5.5 功率器件功率器件435.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题1.功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点功率放大器的作用：功率放大器的作用：用作放大电路的用作放大电路的输出级输出级，以，以驱驱动动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表仪表指针偏转等。指针偏转等。执行机构执行机构功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取 一一般般直直接接驱驱动动负负载载，带带载载能能力力要要强强。因因此此，要要求求同同时时输出较大的电压和电流。输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。管子工作在接近极限状态。例例:扩音扩音系统系统442.要解决的问题要解决的问题(1)功放电路中要求功放管的电压、电流都要有功放电路中要求功放管的电压、电流都要有足够大的输出幅值，必须注意电路参数不能足够大的输出幅值，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值超过晶体管的极限值:ICM 、UCEM 、PCM。ICMPCMUCEMIcuce45(2)功率放大电路是在大信号下工作。电流、电压信功率放大电路是在大信号下工作。电流、电压信号比较大，必须注意防止波形号比较大，必须注意防止波形较大较大的失真。如的失真。如:在在测量系统和电声设备中，此问题很重要；在工业测量系统和电声设备中，此问题很重要；在工业控制的场合，要求就不高，如控制继电器吸合。控制的场合，要求就不高，如控制继电器吸合。(3)电源提供的能量尽可能转换给负载，要尽量减电源提供的能量尽可能转换给负载，要尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（率（）。）。Pomax:负载上得到的交流信负载上得到的交流信号号最大最大功率。功率。PE：电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。（4）注意功率管的散热和功率损坏问题。）注意功率管的散热和功率损坏问题。46没有！没有！但完成的任务不同。电压放大电路主要是使负载得到不失但完成的任务不同。电压放大电路主要是使负载得到不失真的电压信号，主要讨论：真的电压信号，主要讨论：Av,Ri,Ro，输出功率不一定大；功放主，输出功率不一定大；功放主要是的得到较大功率，信号失真较小或允许一定的失真。功放电要是的得到较大功率，信号失真较小或允许一定的失真。功放电路通常是在大信号下工作。路通常是在大信号下工作。3.提高效率的途径提高效率的途径F 降低静态功耗，即减小静态电流。降低静态功耗，即减小静态电流。答：答：不合适，因为效率太低不合适，因为效率太低。2、射极输出器输出电阻低，带负载能力强，可以用做功率放、射极输出器输出电阻低，带负载能力强，可以用做功率放大器吗大器吗？1 1、功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有功率放大电路与前面介绍的电压放大电路有本质本质本质本质 上的区别吗？上的区别吗？上的区别吗？上的区别吗？问题讨论问题讨论:uotuoibuceQIcVCC/REVCCRbuoVCCuiRE474.三种工作状态三种工作状态 三三极极管管根根据据正正弦弦信信号号整整个个周周期期内内的的导导通通情情况况，可可分为几个工作状态：分为几个工作状态：乙类：乙类：导通角等于导通角等于180甲类：甲类：一个周期内均导通一个周期内均导通甲乙类：甲乙类：导通角大于导通角大于180丙类：丙类：导通角小于导通角小于180#用哪种组态的电路作功率放大电路最合适？用哪种组态的电路作功率放大电路最合适？用哪种组态的电路作功率放大电路最合适？用哪种组态的电路作功率放大电路最合适？