場效應管放大器最新課件

1、(1-1) 、場效應管、場效應管(FET)放大器放大器5.3 5.3 場效應管的參數(shù)及特點場效應管的參數(shù)及特點5.15.1結型場效應管結型場效應管(JFET)(JFET)5.25.2絕緣柵場效應管絕緣柵場效應管(MOSFET)(MOSFET)5.4 5.4 場效應管放大器場效應管放大器(1-2)1、FET與與BJT的區(qū)別的區(qū)別結型場效應管（結型場效應管（JFET）金屬金屬-氧化物氧化物-半導體場效應管（半導體場效應管（MOSFET）2、場效應管的分類：、場效應管的分類：電壓控制元件，電壓控制元件，輸入電阻高，輸入電阻高，溫度穩(wěn)定性好溫度穩(wěn)定性好慨述慨述BJTFET雙極性載流子參與導電，雙極性載

2、流子參與導電，電流控制元件，電流控制元件，輸入電阻低，輸入電阻低，溫度穩(wěn)定性差溫度穩(wěn)定性差單極性載流子參與導電，單極性載流子參與導電，有兩大類有兩大類:不受靜電影響不受靜電影響易受靜電影響易受靜電影響不宜大規(guī)模集成不宜大規(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(1-3)3.1 3.1 結型場效應管結型場效應管(JFET)(JFET)一、分類、結構及符號一、分類、結構及符號N溝道溝道JFETP 溝道溝道JFETdgsdgsNP+P+g柵極柵極 s源極源極 d漏極漏極PN+N+g柵極柵極 s源極源極 d漏極漏極(1-4)二、二、JFET的工作原理、特性曲線的工作原理、特性曲線（一）

3、、工作原理（一）、工作原理NgsdUDSUGSiDP+P+iG處于無效區(qū)處于無效區(qū)工作區(qū)：工作區(qū)：當當u 時，時，以以N溝道為例溝道為例1、當、當uGS0 時時，uGS失去失去對導電溝道的控制作用，對導電溝道的控制作用，從而失去對從而失去對iD的控制，的控制，且輸入電阻且輸入電阻r rgsgs將變小，將變小，形成一定的形成一定的iG 電流。電流。uGS失去對失去對iD的控制的控制UGS AVuDSuGSiGVmAiDdgsUDS(1-5)uG 當當uGS0V0V時，時，耗盡層變寬耗盡層變寬導電溝道變窄，溝道電阻增大，導電溝道變窄，溝道電阻增大，gsduDiDNNNPPi從而從而uGS控制了控制

4、了iD 的變化。的變化。工作區(qū)：工作區(qū)： 當當uGSGS U UP P時，時， 即即| |u uGS GS | | | | U UP P | | NVGGP+P+2、uGS對對 iD 的控制作用的控制作用假設假設 uDS=常數(shù)常數(shù)耗盡層耗盡層uDS 0V， iD=0A。耗盡區(qū)閉合，耗盡區(qū)閉合， D、S間被夾斷間被夾斷處于截止區(qū)處于截止區(qū)所以所以iG 0rgs 在在 107 以上以上同時因為同時因為PN PN 結反偏，結反偏，(1-6)uGgduDiDNNNP+P+iiD隨隨u、u變化而變化變化而變化處于變阻區(qū)處于變阻區(qū)3 3、uDSDS對對i iD D的影響：的影響：假設假設uGSGS= =常

5、數(shù)常數(shù)工作區(qū)：工作區(qū)：UP0且且不是太大時不是太大時,導電溝道的寬度受導電溝道的寬度受uDS的的影響較小，但影響較小，但iD受受uDS的的影響較大。影響較大。(1-7)NpPPPuGgduDSiDNNNP+P+iuDS增大增大,一方面使一方面使iD增大；增大；另一方面使靠近漏極另一方面使靠近漏極端的導電溝道變窄端的導電溝道變窄,導電溝道電阻增大導電溝道電阻增大,又使又使iD變小變小, 夾斷后，即使夾斷后，即使uDS 繼續(xù)繼續(xù)增加，增加，iD不再增加。不再增加。越靠近漏極越靠近漏極端端,電溝道呈電溝道呈楔形。楔形。當當uDS=uGS-U時時,漏極端的溝道被夾斷，漏極端的溝道被夾斷，漏極端的溝道漏

6、極端的溝道被夾斷，稱為被夾斷，稱為預預夾斷。夾斷。工作區(qū)：工作區(qū)：當當Uu 、 uDSuGS-U時時,iD隨隨u變化而變化、變化而變化、但不隨但不隨u變化而變化變化而變化處于放大區(qū)處于放大區(qū)(1-8)uGS0iDIDSSUP在在 UP uGS 0 范圍內(nèi)范圍內(nèi)（二）、特性曲線（二）、特性曲線1、轉移特性曲線：、轉移特性曲線：()DSDGSif uu 常常數(shù)數(shù)21 ()GSDDSSPuiIUPU 夾夾斷斷電電壓壓，為為負負值值， 為為給給定定值值；式式中中: :DSSI 零零柵柵壓壓時時的的漏漏極極電電流流， 也也稱稱為為飽飽和和漏漏極極電電流流， 為為給給定定值值。(1-9)2、輸出特性曲線：

7、、輸出特性曲線：()GSDDSifuu 常常 數(shù)數(shù)變阻區(qū)變阻區(qū)UPuGS0uDS(uGS-UP)截止區(qū)截止區(qū)uGS0放大區(qū)放大區(qū)UPuGS(uGS-UP)uDS=uGS-VP溝道預夾斷溝道預夾斷iDu DS0uGS=-0.4VuGS=_0.6VuGS=_0.8VuGS=UPuGS=-0.2VuGS=0V(1-10)1. 柵源極間的電阻雖然可達柵源極間的電阻雖然可達107以上，但在以上，但在某些場合仍嫌不夠高。某些場合仍嫌不夠高。3. 柵源極間的柵源極間的PN結加正向電壓時，將出現(xiàn)結加正向電壓時，將出現(xiàn)較大的柵極電流。較大的柵極電流。絕緣柵場效應管可以很好地解決這些問題。絕緣柵場效應管可以很好地

8、解決這些問題。2. 在高溫下，在高溫下，PN結的反向電流增大，柵源結的反向電流增大，柵源極間的電阻會顯著下降。極間的電阻會顯著下降。三、結型場效應管的缺點：三、結型場效應管的缺點：(1-11)3.2 3.2 絕緣柵場效應管絕緣柵場效應管（MOSFET） （金屬金屬-氧化物氧化物-半導體場效應管半導體場效應管）一、分類及符號一、分類及符號MOSFETN 溝道耗盡型溝道耗盡型N溝道增強型溝道增強型P 溝道增強型溝道增強型增強型增強型耗盡型耗盡型P 溝道耗盡型溝道耗盡型gsd襯底襯底B Bgd襯底襯底B Bsgds襯底襯底Bgds襯底襯底B(1-12)二、增強型二、增強型MOSFET的結構、工作原理

9、、的結構、工作原理、 特性曲線特性曲線PN+N+gsdP型襯底型襯底兩個兩個N區(qū)區(qū)SiO2絕緣層絕緣層金屬鋁金屬鋁gsd1、N溝道增強型溝道增強型襯襯 底底B（一）、結構（一）、結構柵極柵極源極源極漏極漏極(1-13)NP+P+gsdgsd2、P 溝道增強型溝道增強型襯襯 底底B(1-14) AVuDSuGSiGgsdUGSVmAUDSiDR 思考：思考：MOSFET的如何達到電壓放大的目的？的如何達到電壓放大的目的？=0uGS變化，變化，iG=0這與這與BJT不一樣，那么不一樣，那么MOSFET的如何達到電的如何達到電壓放大的目的？壓放大的目的？(1-15)以以N 溝道增強型為例溝道增強型為

10、例PN+N+GSDuDSuGSUGS=0時時D-S 間相當于間相當于兩個反接的兩個反接的PN結結iD=0處于截止區(qū)處于截止區(qū)(二二)、MOSFET的工作原理的工作原理iG=0工作區(qū)：工作區(qū)：當當u UT、 u時，時，i=0、iD=is=015100特特點點：很很大大，約約為為gsGri(1-16)uGS0時時uGS足夠大時足夠大時（uGSUT）感應）感應出足夠多電子，出足夠多電子，這里出現(xiàn)以電子這里出現(xiàn)以電子導電為主的導電為主的N型型導電溝道。導電溝道。UT稱為開啟電壓稱為開啟電壓PN+N+GSDuDSuGS外外電電場場形成外電形成外電場場電子電子上移上移iDiG=0工作區(qū)：工作區(qū)：當當uU、

11、u時，時，i=0、iD=is=0，且且iD隨隨u、u變化而變化變化而變化處于變阻區(qū)處于變阻區(qū)u uGSGSUUT TuGDGD= =uGSGS- -uDSDS U UT T(1-17)PN+N+GSDuDSuGSiG=0iDuDS增大增大,一方面使一方面使iD增大；增大；導電溝道電阻增大導電溝道電阻增大,又使又使iD變小變小;uDS增加到增加到uGS-UT ( uGD=uGS-uDS=UT)時，時，靠近靠近D端的溝道被夾斷，端的溝道被夾斷，稱為預夾斷。稱為預夾斷。工作區(qū)：工作區(qū)：當當uU、uuGS-UT時，時，i=0、iD=is=0，且且iD隨隨處于放大區(qū)處于放大區(qū)uGS變化而變化、但不隨變化

12、而變化、但不隨uDS變變化而變化?；兓щ妼щ姕系罍系辣粖A斷被夾斷;夾斷后夾斷后,即使即使uDS繼續(xù)增加繼續(xù)增加,iD不再增加。不再增加。uGDGD= =uGSGS- -uDSDS當當uGD=uGS-uDSUT時時,UT0uDS(uGS-UT)截止區(qū)截止區(qū)uGS0放大區(qū)放大區(qū)uGSUTuDS(uGS-UT)uDS=uGS-UT溝道預夾斷溝道預夾斷()GSDDSif uu 常常數(shù)數(shù)(1-20)預埋了電子預埋了電子型導電溝道型導電溝道 當當uGS=0時，有原始導電溝道，在時，有原始導電溝道，在vDS作用下，形成電流作用下，形成電流iD；當當uGS0時，導電溝道逐漸變寬時，導電溝道逐漸變寬,

13、電流電流iD IDSS。當當uGS UP時，導電溝道被夾斷，電流時，導電溝道被夾斷，電流iD 為零；為零；三、耗盡型三、耗盡型MOSFET的結構、工作原理、特性曲線的結構、工作原理、特性曲線PN+N+GSD（一）、結構（一）、結構GSD襯襯底底15100很很大大，約約為為特特點點：，gsGri （二）、工作原理（二）、工作原理1、N 溝道耗盡型溝道耗盡型(1-21)2、P 溝道耗盡型溝道耗盡型GSD預埋了空穴型導預埋了空穴型導電溝道電溝道 襯底襯底NP+P+GSD(1-22)（三）、耗盡型（三）、耗盡型N溝道溝道MOS管的特性曲線管的特性曲線UGS AVuDSuGSiGgsdVmAUDSiD0

14、iDuGSUP-1V-2-3IDSS1、轉移特性曲線：、轉移特性曲線：()常常數(shù)數(shù)DSDGSif uu 21 ()GSDDSSPuiIU 夾夾斷斷電電壓壓，為為負負值值， 為為給給定定值值；PU 式式中中: :零零柵柵壓壓時時的的漏漏極極電電流流， 也也稱稱為為飽飽和和漏漏極極電電流流， 為為給給定定值值。DSSI (1-23)2、輸出特性曲線：、輸出特性曲線：()常常數(shù)數(shù)GSDDSif uu 變阻區(qū)變阻區(qū)uGSUP0uDS(uGS-UP)截止區(qū)截止區(qū)uGS0放大區(qū)放大區(qū)uGSUPuDS(uGS-UP)uDS=uGS-UP溝道預夾斷溝道預夾斷 iDv DS0uGS=0VuGS=_2VuGS=_

15、4VuGS=UPuGS=2VuGS=4V(1-24)3.43.4 場效應管放大器場效應管放大器靜態(tài)分析：靜態(tài)分析： 計算靜態(tài)值計算靜態(tài)值GSQGSQ、I IDQDQ、DSQDSQ動態(tài)分析：動態(tài)分析： 計算動態(tài)值計算動態(tài)值A Au 、A Aus s 、R Ri i、R R0 0放大器有放大器有三種組態(tài)三種組態(tài)共柵極放大電路共柵極放大電路共漏極放大電路共漏極放大電路共源極放大電路共源極放大電路放大器的放大器的兩大分析兩大分析(1-25)靜態(tài)分析的步驟靜態(tài)分析的步驟步驟：原電路步驟：原電路直流通路直流通路計算出計算出U UGSQGSQ、I IDQDQ、U UDSQDSQ寫出寫出u uGSGS與與i

16、iD D的方程，的方程，并與由轉移特性曲線方程組成方程組并與由轉移特性曲線方程組成方程組21 () （ （對對JFET、JFET、耗耗盡盡型型M O SFET）M O SFET）或或GSDDSSPuiIU201()GSDDTuiIU （對對增增強強型型M MO OS SF FE ET T）解方程組解方程組判斷場效應管是否工作在放大區(qū)判斷場效應管是否工作在放大區(qū) 一、靜態(tài)一、靜態(tài)( (估算法估算法) ) 分析的步驟分析的步驟(1-26) I IGQGQ 0 00GU Q Q2(1)GSDDSSPUIIU Q QQ Q()DSDDSDUUIRR Q QQ Q0GSDSUIR Q QQ Q +UDu

17、o oRSuiCSC2C1RDRgG GD DS SGSDSUIR Q QQ Q0GSDSUI R 自偏置電壓電路自偏置電壓電路不能用于不能用于增強型增強型MOSFETMOSFET。注：注：例題例題1 1： 下圖自偏置電壓電路，試分析其靜態(tài)值。下圖自偏置電壓電路，試分析其靜態(tài)值。直流通路直流通路+UDRSRDRgG GD DS SIDQ QUDSQ QIGQ QUGSQ QUGQ Q解方程組可計算出解方程組可計算出U UGSQGSQ、I IDQDQ(1-27)下圖為分壓偏置電路，已知下圖為分壓偏置電路，已知JFETJFET的的U UP P=-1V,=-1V, I IDSSDSS=0.5mA,=

18、0.5mA,試靜態(tài)分析。試靜態(tài)分析。+UDuouiC2C1Rg1RDRg2300k100k10kGDS+20VR112k+UDRg1RDRg2300k100k10kGDS+20VR112k直流通路直流通路2125GQDgRgUUVRRg UGQ QIDQ QUDSQ QIGQ QUGSQ Q例題：例題：1GSQGDUUIR Q QQ Q0.092.06 或或G GS SQ QG GS SQ QU UV VU UV VUPGSQ(U(UGSQGSQ-U-UP P）所以所以JFETJFET工作在放大區(qū)。工作在放大區(qū)。 解得：解得：2(1)GSDSSDPUIIU Q QQ Q10.46()9.9DD

19、SDDDImAUUIRRV Q QQ QQ Q( (舍去）舍去）(1-28)+UDuouiC2C1Rg1RDRg2300k100k10kGDS+20VR112kRG+UDuouiC2C1Rg1RDRg2300k100k10kGDS+20VR112k1分壓偏置電路分壓偏置電路混合偏置式混合偏置式思考：思考：下面兩電路的靜態(tài)值是否相同？下面兩電路的靜態(tài)值是否相同？RG的作用是什么？的作用是什么？+UDRg1RDRg2300k100k10kGDS+20VR112kUGQ QIDQ QUDSQ QIGQ QUGSQ QUGQ Q+UDRg1RDRg2300k100k10kGDS+20VR112kUGQ

20、 QIDQ QUDSQ QIGQ QUGSQ Q直流通路直流通路直流通路直流通路(1-29)( (一）、場效應管的微變等效電路一）、場效應管的微變等效電路二、動態(tài)二、動態(tài)( (微變等效法微變等效法) )分析分析JFETJFET或或MOSFETMOSFETd dg gs sugsgsudsdsi ig gi id dsgugsig=0=0rdsgmugsudsi id dd簡易等效簡易等效完全等效完全等效gugsgmugsudsig=0=0idds iduds0uGS3uGS4uGS5uGS6uGS2uGS1rds很大很大可去掉可去掉(1-30)021 ( () )D Dm mG GS ST T

21、D DG GS ST Td di ig gd du uU UI Iu uU UJFETJFET或或MOSFETMOSFETd dg gs sugsgsudsdsi ig gi id dgugsgmugsudsi ig=0g=0i id dd圖中：圖中：gm-跨導跨導,為給定值，或由下式計算：為給定值，或由下式計算：（對對增增強強型型M MO OS SF FE ET T）21 ()DgsPDSSGSmPudiduUIgU 或或(對對JFET或耗盡型或耗盡型MOSFET)s(1-31)(二二)、動態(tài)分析的步驟、動態(tài)分析的步驟步驟步驟:原電路原電路交流通路交流通路微變等效電路微變等效電路計算動態(tài)值計算動態(tài)值uoDRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL1MGDS1、混合偏置式共源電路的動態(tài)分析、混合偏置式共源電路的動態(tài)分析交流通道交流通道sgR2R1RGdRLRDuiuo(1-32)微