電子技術(shù)基礎(chǔ)場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路PPT精品文檔

1、第第3章章場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化工程系自動(dòng)化工程系 雷永鋒雷永鋒20133.13.1、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管3.3 3.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)3.4 3.4 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管fet與三極管與三極管bjt的區(qū)別的區(qū)別1. bjt: 是是 電流控制元件電流控制元件； fet: 是是電壓控制元件電壓控制元件。2. bjt 參與導(dǎo)電的是參與導(dǎo)電的是電子電子空穴空穴，因此稱其為雙極型器件；，因此稱其為雙極型器件； fet 是電壓控制元件，參與導(dǎo)電的只有是電壓控制元件，參與導(dǎo)電的只

2、有一種載流子一種載流子，稱為單級(jí)型器件。，稱為單級(jí)型器件。3. bjt 輸入電阻較低輸入電阻較低，一般，一般102104 ；fet 輸入電阻高輸入電阻高，可達(dá)，可達(dá)1091014 場(chǎng)效應(yīng)管的分類場(chǎng)效應(yīng)管的分類結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管jfetmos型場(chǎng)效應(yīng)管型場(chǎng)效應(yīng)管mosfet 雙極型三極管雙極型三極管 場(chǎng)效應(yīng)三極管場(chǎng)效應(yīng)三極管噪聲噪聲 較大較大 較小較小溫度特性溫度特性 受溫度影響較大受溫度影響較大 較小，可有零溫度系數(shù)點(diǎn)較小，可有零溫度系數(shù)點(diǎn)輸入電阻輸入電阻 幾十到幾千歐姆幾十到幾千歐姆 幾兆歐姆以上幾兆歐姆以上靜電影響靜電影響 不受靜電影響不受靜電影響 易受靜電影響易受靜電影響集成工藝集

3、成工藝 不易大規(guī)模集成不易大規(guī)模集成 適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成3.13.1、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管3.1.1、結(jié)構(gòu)與工作原理、結(jié)構(gòu)與工作原理漏極漏極 d 集電極集電極 c柵極柵極 g 基極基極 b源極源極 s 發(fā)射極發(fā)射極 e導(dǎo)通條件：導(dǎo)通條件： ugs 0 ube 0 uds 0 ubc 01) 在一定uds作用下, 柵源極電壓 為負(fù), 柵源極勾道通, ugs決定 電流 id 的大小2) 溝道中只有一種截流子 單極型晶體管1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)2. 2. jfetjfet工作原理工作原理 n溝道溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管只能工作在結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管只能工作在負(fù)柵壓負(fù)柵壓區(qū)，區(qū)，p

4、溝道溝道的只能工作在的只能工作在正柵壓正柵壓區(qū)，區(qū)，當(dāng)當(dāng)ugs=0時(shí)，時(shí)， 溝道較寬溝道較寬，在，在uds的作用下的作用下n溝道內(nèi)的電子定向運(yùn)動(dòng)形成漏極電流溝道內(nèi)的電子定向運(yùn)動(dòng)形成漏極電流id。當(dāng)當(dāng)ugs0時(shí)，時(shí)，pn結(jié)反偏，結(jié)反偏，pn結(jié)加寬，漏源間的結(jié)加寬，漏源間的溝道將變窄溝道將變窄，id將減小將減小， 當(dāng)當(dāng)ugs繼續(xù)向負(fù)方向增加，溝道繼續(xù)變窄，繼續(xù)向負(fù)方向增加，溝道繼續(xù)變窄，id繼續(xù)減小直至為繼續(xù)減小直至為0。 當(dāng)當(dāng)漏極電流為零漏極電流為零時(shí)時(shí) 所對(duì)應(yīng)的所對(duì)應(yīng)的柵源電壓柵源電壓ugs稱為稱為夾斷電壓夾斷電壓up。p+p+ngsdudsiddp+p+ngsudsidugs預(yù)夾斷預(yù)夾斷ug

5、s=up夾斷狀態(tài)夾斷狀態(tài)id=0導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道3.1.2 3.1.2 jfetjfet特性曲線特性曲線up轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線輸出特性曲線)(dsdufi const gsu1. 輸出特性曲線：輸出特性曲線：l 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) l 線性放大區(qū)線性放大區(qū) id=gm ugsl 擊穿區(qū)擊穿區(qū)idss：飽和柵極漏極電流, ugs=0up： 預(yù)夾斷電壓, id=0 ut： 開啟電壓, 不通轉(zhuǎn)通2. 轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線：2pgsdssd)(1uuiiut3.2.1. n3.2.1. n溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型mosmos場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管漏極漏極d集電極集電極c源極源極s發(fā)射極發(fā)

6、射極e柵極柵極g基極基極b襯底襯底b電極電極金屬金屬絕緣層絕緣層氧化物氧化物基體基體半導(dǎo)體半導(dǎo)體稱之為稱之為mos管管類型： n溝道 增強(qiáng)型 p溝道 耗盡型退出退出1. 結(jié)構(gòu)和工作原理 當(dāng)當(dāng)ugs較小較小時(shí)，雖然在時(shí)，雖然在p型襯底表面形成型襯底表面形成 一層一層耗盡層耗盡層，但負(fù)離子不能導(dǎo)電。，但負(fù)離子不能導(dǎo)電。 當(dāng)當(dāng)ugs=ut時(shí)時(shí), 在在p型襯底表面形成一層型襯底表面形成一層 電子層電子層，形成，形成n型導(dǎo)電溝道型導(dǎo)電溝道 在在uds的作用下形成的作用下形成id。udsid+ +- -+-+- - -ugs反型層反型層 當(dāng)當(dāng)ugs=0v時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠

7、背的pn結(jié)，無論結(jié)，無論uds之間加上電壓之間加上電壓 不會(huì)在不會(huì)在 d、s間形成電流間形成電流id,即即id0.當(dāng)當(dāng)ugsut時(shí)時(shí), 溝道加厚，溝道電阻溝道加厚，溝道電阻 減少，減少，在相同在相同uds的作用下的作用下 id將進(jìn)一步增加將進(jìn)一步增加開始無導(dǎo)電溝道，當(dāng)在開始無導(dǎo)電溝道，當(dāng)在ugs ut時(shí)時(shí)才形成溝道才形成溝道,這種類型的管子稱為這種類型的管子稱為增強(qiáng)型增強(qiáng)型mos管管 n n溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型mosmos工作原理工作原理2.n2.n溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型mosmos特性曲線特性曲線 u udsds一定時(shí)，一定時(shí)，u ugsgs對(duì)漏極電流對(duì)漏極電流i id d的控制的控制 關(guān)系曲

8、線關(guān)系曲線 i id d= =f f( (u ugsgs) ) u udsds=c=c 1). 1). 轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線udsugs-utugs(v)id(ma)ut在恒流區(qū)，id與ugs的關(guān)系為idk(ugs-ut)2溝道較短時(shí)，應(yīng)考慮uds對(duì)溝道長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)作用：idk(ugs-ut)2（1+ uds)k導(dǎo)電因子（導(dǎo)電因子（ma/v2) 溝道調(diào)制長(zhǎng)度系數(shù)溝道調(diào)制長(zhǎng)度系數(shù)lwckoxn2 lwk2nsk2dsull n溝道內(nèi)電子的表面遷移率溝道內(nèi)電子的表面遷移率cox單位面積柵氧化層電容單位面積柵氧化層電容w溝道寬度溝道寬度l溝道長(zhǎng)度溝道長(zhǎng)度sn溝道長(zhǎng)寬比溝道長(zhǎng)寬比k本征導(dǎo)電因子本征導(dǎo)

9、電因子2). 2). 輸出特性曲線輸出特性曲線2. 恒流區(qū)恒流區(qū)：ugs一定，一定，id基本不隨基本不隨uds變化而變變化而變3.擊穿區(qū)擊穿區(qū)： uds 增加到某一值時(shí)，增加到某一值時(shí)，id開始劇增而出開始劇增而出現(xiàn)擊穿?，F(xiàn)擊穿。id開始劇增時(shí)開始劇增時(shí)uds稱為漏源擊穿稱為漏源擊穿電壓。電壓。ugs=6vugs=4vugs=5vugs=3vugs=ut=3vugs(v)id(ma)u ugsgs一定時(shí)，一定時(shí)， i id d與與u udsds的變化曲線，是一族曲線的變化曲線，是一族曲線 i id d= =f f( (u udsds) ) u ugsgs=c =c 1.可變電阻區(qū)：可變電阻區(qū)：

10、 近線性近線性 id 2k(ugs-ut)uds可變電阻區(qū)可變電阻區(qū):當(dāng)ugs變化時(shí)，ron將隨之變化恒阻區(qū)恒阻區(qū): 當(dāng)ugs一定時(shí)，ron近似為一常數(shù)2k1uu1didurtgs0duddsongs3.2.2 n3.2.2 n溝道溝道耗盡型耗盡型mosmos場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管+ + + + + + + 耗盡型耗盡型mos管存在管存在原始導(dǎo)電溝道原始導(dǎo)電溝道1. 1. 工作原理工作原理當(dāng)ugs=0時(shí)， uds加正向電壓，產(chǎn)生漏極電流id,此時(shí)的漏極電流稱為漏極飽和電流 idss當(dāng)ugs0時(shí)，將使id進(jìn)一步增加。當(dāng)ugs0時(shí)，ugs的減小漏極電流逐漸減小。直至id=0。對(duì)應(yīng)id=0的ugs稱為夾斷

11、電壓 up退出退出2.2. 特性曲線特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線ugs(v)id(ma)up在恒流區(qū)在恒流區(qū)idk(ugs-up)2溝道較短時(shí)溝道較短時(shí)idk(ugs-ut)2（1+ uds)id idss(1- ugs /up)2常用關(guān)系式：常用關(guān)系式：輸出特性曲線輸出特性曲線id(ma)n n溝道溝道耗盡型耗盡型mosmos管可工作在管可工作在 u ugsgs 0 0或或u ugsgs0 0 n n溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型mosmos管只能工作在管只能工作在 u ugsgs00各類場(chǎng)效應(yīng)三極管的特性曲線各類場(chǎng)效應(yīng)三極管的特性曲線3.3 3.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)1. 開啟

12、電壓開啟電壓ut mos增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對(duì)值增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對(duì)值,場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通。場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通。2. 夾斷電壓夾斷電壓up 夾斷電壓是耗盡型夾斷電壓是耗盡型fet的參數(shù)，當(dāng)?shù)膮?shù)，當(dāng)ugs=up 時(shí)時(shí),漏極電流為零。漏極電流為零。3. 飽和漏極電流飽和漏極電流idss 耗盡型場(chǎng)效應(yīng)三極管當(dāng)耗盡型場(chǎng)效應(yīng)三極管當(dāng)ugs=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。4. 直流輸入電阻直流輸入電阻rgs柵源間所加的恒定電壓柵源間所加的恒定電壓ugs與流過柵極電流與流過柵極電流igs之比之比結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，反偏時(shí)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，反偏時(shí)rgs約大于約大于10

13、7，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管rgs約是約是10910155. 漏源擊穿電壓漏源擊穿電壓buds 使使id開始劇增時(shí)的開始劇增時(shí)的uds。6.柵源擊穿電壓柵源擊穿電壓bugsjfet：反向飽和電流劇增時(shí)的柵源電壓：反向飽和電流劇增時(shí)的柵源電壓 mos：使：使sio2絕緣層擊穿的電壓絕緣層擊穿的電壓7. 低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)gm 低頻跨導(dǎo)反映了柵壓對(duì)漏極電流的控制作用低頻跨導(dǎo)反映了柵壓對(duì)漏極電流的控制作用)1 (2pgspdssconstgsdmdsuuuiuigu3.4 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路1 1、靜態(tài)值：、靜態(tài)值：3.4.1 共源組態(tài)基本放大電路共源組態(tài)基本放大電路gusu2cd

14、rddv1csrvtcsuidig2rg1rvtvdduic1c2rdrluorg1csrg2gurssuvtvdduic1c2rdrluorscsrg22cdrddv1c+ + +grsrvtcsuiuo+ +(1). 分壓偏置電路 g2g1ddg2grrvru )(1 2pgsdssduuiiugs= ugus= ugidrsuds= vddid(rd+rs)(2). 自給偏壓電路 )(1 2pgsdssduuiiugs= -is rs = -id rsuds= vddid(rd+rs)自給偏置電路：適合結(jié)型管和耗盡型mos管外加偏置電路：適合增強(qiáng)型mos管采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

15、采用采用絕緣柵絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管退出退出2 2、微變等效電路、微變等效電路1、場(chǎng)效應(yīng)管微變等效電路場(chǎng)效應(yīng)管微變等效電路 受控源： 電壓控制電流源 輸入電阻：rgs 很大忽略 輸出電阻：rds 很大忽略gsdconstgsdmdsuiuigu2. 2. 共源組態(tài)放大電路共源組態(tài)放大電路 微變等效電路微變等效電路 idsdrdvgs+-+-vdsgidgmvgssrg1rg2rdrlrdsrgsuousuiugsmugsdgiioi電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)lddsl/rrrrlmgslddsgsm)/(rgvrrrvgavlddsgsmo)/(rrrvgv3. 3. 交流分析交流分析輸入電阻輸

16、入電阻 g2g1.i.ii/rrivr輸出電阻輸出電阻計(jì)算計(jì)算ro的電路模型的電路模型ddsooo/=rrivrgsiuu例3.3.1 用ewb分析圖共源結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管基本放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)和電壓放大倍數(shù)，并與理論計(jì)算相比較。已知gm=0.69ma/v ,idss=1ma、up= -2v。 (1)靜態(tài)工作點(diǎn)仿真，結(jié)果列在圖中。(2)靜態(tài)工作點(diǎn)理論計(jì)算。 udsvdd（rsr）id 上述方程組代入數(shù)據(jù)得兩組解： id0.46 ma，ugs0.6 v，uds6.8 v。 sdg2g1g2ddgsrirrrvu2pgs)1 ( uuiidssd(3)動(dòng)態(tài)計(jì)算。 列方程 ui ugs uogmugsr

17、l 求解得： augm rl = 3.45 (4)電壓放大倍數(shù)的仿真。au465/100=4.65，比計(jì)算值大，這主要是由三極管參數(shù)差異造成的。如果實(shí)際安裝，實(shí)測(cè)值一般與計(jì)算值也會(huì)有差別，需要通過調(diào)試使電子電路的技術(shù)指標(biāo)符合要求。3.4.2 3.4.2 共漏組態(tài)基本放大電路共漏組態(tài)基本放大電路電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)lmlmio1rgrgvvav(1)(1)直流分析直流分析 vg=vddrg2/(rg1+rg2) vgsq= vgvs= vgidqr idq= idss1(vgsq /vgs(off)2 vdsq= vddidqr(2)(2)交流分析交流分析輸入電阻輸入電阻)/(g2g1girrrr 輸出電阻輸出電阻)/ 1/(/)/(mdsogsmdso.ogrruugrruigsouummmdsooo1/1)/1/(/grrgrgrriur退出退出3.4.3 3.4.3 共柵組態(tài)基本放大電路共