場(chǎng)效應(yīng)管講解

1、場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，它只有一種載流子導(dǎo)電它只有一種載流子導(dǎo)電（電子或空穴，多子）導(dǎo)電，也稱為單極型器件。（電子或空穴，多子）導(dǎo)電，也稱為單極型器件。特點(diǎn)：輸入阻抗特點(diǎn)：輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。高，溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOS場(chǎng)效應(yīng)管有兩種場(chǎng)效應(yīng)管有兩種:N溝道溝道P溝道溝道耗盡型耗盡型增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型增強(qiáng)型增強(qiáng)型N溝道溝道P溝道溝道5 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路5.1 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(MOS管管):PP型基底型基底SiO2絕緣層絕緣層金屬鋁金屬鋁+ + + + +- - -

2、 - - -電子反型層電子反型層MOS電容E+ + + + + PP型基底型基底SiO2絕緣層絕緣層 金屬鋁金屬鋁- - - - - -電子反型層電子反型層摻入了大量的堿金屬正離子Na+或K+一、結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)一、結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)PNNGSDP型基底型基底兩個(gè)兩個(gè)N區(qū)區(qū)SiO2絕緣層絕緣層導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道金屬鋁金屬鋁GSDN溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型N 溝道耗盡型溝道耗盡型PNNGSD予埋了導(dǎo)予埋了導(dǎo)電溝道電溝道 GSDNPPGSDGSDP 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型P 溝道耗盡型溝道耗盡型NPPGSDGSD予埋了導(dǎo)予埋了導(dǎo)電溝道電溝道 VGS控制控制溝道寬窄溝道寬窄1. 開啟開啟溝道溝道增強(qiáng)型MOS管二、

3、二、MOS管的工作原理管的工作原理以以N 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型為例為例 2溝道變形VDS控制溝道形狀可變可變電阻區(qū)電阻區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)截止區(qū)預(yù)夾斷臨界點(diǎn)軌跡預(yù)夾斷臨界點(diǎn)軌跡vDS=vGS-VTvGD=vGS-vDS=VT1) 截止區(qū)vGSVT, iD=0 輸出特性曲線iD=f(vDS)vGS=const可變可變電阻區(qū)電阻區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)截止區(qū)轉(zhuǎn)移特性曲線預(yù)夾斷臨界點(diǎn)軌跡預(yù)夾斷臨界點(diǎn)軌跡vDS=vGS-VT2) 可變電阻區(qū)vDSvGS-VT 3)飽和區(qū)vDSvGS-VT22()2DnGSTDSDSnoxnvWCKKvLivV電導(dǎo)常數(shù)（單位mA/V2） P203 (5.1.3) 22220

4、()(1)(1)GSGSDnGSTnTDTTvviKvVK VIVVP203 (5.1.6)三、三、耗盡型耗盡型N溝道溝道MOS管的特性曲線管的特性曲線耗盡型的耗盡型的MOS管管vGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。電壓才能夾斷。轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0iDvGSVP輸出特性曲線輸出特性曲線iDvDS0vGS=0vGS0四、四、說明：說明：（1）MOS管有四種基本類型；（2）增強(qiáng)型的MOS管的vGS必須超過一定的值以使溝道形成； 耗盡型的MOS管使形成溝道的vGS可正可負(fù)；（3）MOS管的輸入阻抗特別高（4）衡量場(chǎng)效應(yīng)管的放大能力用跨導(dǎo) 單位：msDSGSDmV

5、VIg2() (5.1.18)mnGSTgKvVGGSDCGSIVR)(五五、MOS管的有關(guān)問題管的有關(guān)問題（2）交流參數(shù)低頻跨導(dǎo)：極間電容：柵源電容CGS，柵漏電容CGD，漏源電容CDS（3）極限參數(shù) 最大漏極電流IDM，最大耗散功率P0M，漏源擊穿電壓V(BR)DS柵源擊穿電壓VBR)GS1、主要參數(shù)（1）直流參數(shù)開啟電壓VT指增強(qiáng)型的MOS管夾斷電壓VP指耗盡型的MOS管零柵壓漏極電流IDSS直流輸入電阻： 通常很大10101015左右三三 極極 管管場(chǎng)場(chǎng) 效效 應(yīng)應(yīng) 管管導(dǎo)電機(jī)構(gòu)雙極性器件單極性器件導(dǎo)電方式載流子的擴(kuò)散與漂移漂移控制方式電流控制電壓控制類 型NPN 型、PNP 型P、N

6、 溝道，增強(qiáng)、耗盡型放大參數(shù)=30100gm=16ms輸入電阻1021041071015抗輻射能力差好噪 聲大小熱穩(wěn)定性差好制造工藝復(fù)雜簡(jiǎn)單、成本低；便于集成靈活性C、E 不能互換D、S 可以互換五、五、MOS管的有關(guān)問題管的有關(guān)問題2、場(chǎng)效應(yīng)管與三極管的比較五五、MOS管的有關(guān)問題管的有關(guān)問題3、使用注意事項(xiàng)（1）結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的柵源電壓不能接反，但可在開路狀態(tài)下保存；（2）MOS管在不使用時(shí)，須將各個(gè)電極短接；（3）焊接時(shí)，電烙鐵必須有外接地線，最好是斷電后再焊接；（4）結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管可用萬用表定性檢測(cè)管子的質(zhì)量，而MOS管必須用專門的儀器來檢測(cè)；（5）若用四引線的場(chǎng)效應(yīng)管，其襯底引線應(yīng)正確連

7、接；G(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)5.2 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)擴(kuò)散情況：NPNNNPP基底基底 ：N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體兩邊是兩邊是P區(qū)區(qū)導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道NPP 一、一、JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理NPPG(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管DGS符號(hào)符號(hào)柵極上的箭頭表示柵極電流的方向（由P區(qū)指向N區(qū)）。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管代表符號(hào)中柵極上的箭頭方向，可以確認(rèn)溝道的類型。PNNG(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管DGS符號(hào)符號(hào)2、工作原理（以、工作原理（以N溝道為例）溝道為例）vDS=0V時(shí)時(shí)vGS

8、NGSDvDSNNPPiDPN結(jié)反偏，結(jié)反偏，vGS越大則耗盡區(qū)越越大則耗盡區(qū)越寬，導(dǎo)電溝道越寬，導(dǎo)電溝道越窄。窄。vGS0V(1)vGS對(duì)導(dǎo)電溝道及對(duì)導(dǎo)電溝道及iD的控制的控制vDS=0V時(shí)時(shí)NGSDvDSvGSNNiDPPvGS越大耗盡區(qū)越寬，越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。溝道越窄，電阻越大。但當(dāng)?shù)?dāng)vGS較小時(shí)，耗盡較小時(shí)，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。電溝道。DS間相當(dāng)于間相當(dāng)于線性電阻。線性電阻。VDS=0時(shí)時(shí)NGSDVDSVGSPPIDVGS達(dá)到一定值時(shí)達(dá)到一定值時(shí)（夾斷電壓夾斷電壓VP）,耗耗盡區(qū)碰到一起，盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，這時(shí)，即間被夾斷，這時(shí)

9、，即使使vDS 0V，漏極電，漏極電流流iD=0A。|vGS|0、|vGD| = |vGS-vDS| |VP |時(shí)時(shí)耗盡區(qū)的形狀耗盡區(qū)的形狀NGSDvDSvGSPPiD越靠近漏端，越靠近漏端，PN結(jié)反壓越大結(jié)反壓越大6V6V0V2V4V 導(dǎo)電溝道中電位分布情況 (1)vDS對(duì)對(duì)iD的影響的影響NGSDvDSvGSPPiD溝道中仍是電阻溝道中仍是電阻特性，但是是非特性，但是是非線性電阻。線性電阻。|vGS | |Vp |且且vDS較大時(shí)較大時(shí)vGDVP時(shí)耗盡區(qū)的形狀時(shí)耗盡區(qū)的形狀|vGS | |Vp | ，vGD=VP時(shí)時(shí)vDS增大則被夾斷增大則被夾斷區(qū)向下延伸。區(qū)向下延伸。NGSDvDSvGS

10、PPiD漏端的溝道被夾斷，漏端的溝道被夾斷，稱為稱為予夾斷。予夾斷。此時(shí)，電流此時(shí)，電流iD由未由未被夾斷區(qū)域中的載被夾斷區(qū)域中的載流子形成，基本不流子形成，基本不隨隨vDS的增加而增加，的增加而增加，呈恒流特性。呈恒流特性。NGSDvDSvGSPPiD|vGS | |Vp |且且vDS較大時(shí)較大時(shí)vGD0)vDSvGSVP0P溝道管：負(fù)極性(vDS0)vDSVGSVPVP(或VT)P溝道管：vGSVP(或VT)FET放大偏置時(shí)vDS與vGS應(yīng)滿足的關(guān)系 5.3場(chǎng)效應(yīng)場(chǎng)效應(yīng)管放大電路管放大電路(1) 靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，使場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，使場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，場(chǎng)

11、效應(yīng)管的偏置電路相對(duì)簡(jiǎn)單。區(qū)，場(chǎng)效應(yīng)管的偏置電路相對(duì)簡(jiǎn)單。 (2) 動(dòng)態(tài)：能為交流信號(hào)提供通路。動(dòng)態(tài)：能為交流信號(hào)提供通路。組成原則：組成原則：靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：估算法、圖解法。估算法、圖解法。動(dòng)態(tài)分析：動(dòng)態(tài)分析：微變等效電路法。微變等效電路法。分析方法：分析方法： 場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件。它利用柵源電壓來控制漏極電流的變化。它的放大作用以跨導(dǎo)來體現(xiàn)，在場(chǎng)效應(yīng)管的漏極特性的水平部分，漏極電流iD的值主要取決于vGS，而幾乎與vDS無關(guān)。1、自偏壓電路、自偏壓電路2、分壓式自偏壓電路、分壓式自偏壓電路SV GSVGVDDg2g1g2VRRR RID Rg：使g與地的直流電位幾乎相同（因上無電流

12、）。R：當(dāng)IS流過R時(shí)產(chǎn)生直流壓降ISR，使S對(duì)地有一定的電壓：VGS=ISR=IDR0一、場(chǎng)效應(yīng)一、場(chǎng)效應(yīng)管的直流偏置電路及靜態(tài)分析管的直流偏置電路及靜態(tài)分析1. 直流偏置電路直流偏置電路VDDRdR-Rg+vGSiD-viC1+CSC2-+RLvoVDD=18VRCRg1RdRg3Rg22M47k10M30k2kT+Cb2Cb147u4.7u0.01u例例5.2.1 P2122GSDD1240526040gggRVVVRR22DQGST()0.2(21)0.2nIK VVmADSDDDd50.2 152VVI RVDSGST2(VVVV判斷)=1V，成立DSGSTVVV設(shè)，工作于飽和區(qū)(2

13、)帶源電阻的共源放大電路帶源電阻的共源放大電路2GSDDSS12()gDggRVVVI RRR2DQGST()nIK VVDSDDSSDd()VVVIRRDSGSTVVV判斷是否成立DSGSTVVV設(shè)，工作于飽和區(qū)例例5.2.3 P214 電流源偏置共源放大電路電流源偏置共源放大電路2DQGSQT2GSQGSQS()0.250.16(1)2.252.25nIK VVVVVVV ，DDDQdDQ52.5100.25VVRkIDSQDQSGST4.75()1.25VVVVVVV以自偏壓電路為例(2) 圖解分析法圖解分析法 VGS=0vVdsiD3v1.5v-3v-1.5v由輸出回路：VDD=VDS

14、+ID(RD+RS)作出直流負(fù)載線+VDDRdRgRSTVoVi在轉(zhuǎn)移特性上作源極負(fù)載線點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的VDS、VGS、ID； UGSiD-3 1.5 0 1.5 3VDD由輸出特性：ID=f(Vds)|VGS由輸入回路：VGS=VGVS=IDRSsdDDRRV作負(fù)載轉(zhuǎn)移特性GSSDVRi1VDSVGSID（1）根據(jù)VDD=Vds+ID（RD+RS）在輸出特性上作直流負(fù)載線；（2）作負(fù)載轉(zhuǎn)移特性；（3）作源極負(fù)載線；（4）決定靜態(tài)工作點(diǎn)；（5）在轉(zhuǎn)移特性和輸出特性上求出QVGS=0vVDSiD3v1.5v-3v-1.5vVGSiD-3 1.5 0 1.5 3VDDsdDDRRVGSSDVRi1VDS

15、VGSID步驟：二、二、 場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路GSD),(DSGSDvvfi DSvDSDGSvGSDDdvvidvvidiGSDSdsDSgsmvrvg1GSDmvig跨導(dǎo)：反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力，相當(dāng)于轉(zhuǎn)移特性中工作點(diǎn)處的斜率。 DDSDSivr漏極輸出電阻：（很大，?？梢钥醋鏖_路）；它是輸出特性工作點(diǎn)處的切線斜率的倒數(shù)。 vGSiDvDS1、參數(shù)的導(dǎo)出、參數(shù)的導(dǎo)出 很大，很大，可忽略?？珊雎?。2、等效電路、等效電路GSDvGSiDvDS),(DSGSDvvfi DSvDSDGSvGSDDdvvidvvidiGSDSdsDSgsmvrvg1SGDrDSg

16、svgsmvgdsvdiSGDgsvgsmvgdsvdiGSD),(DSGSDvvfi DSvDSDGSvGSDDdvvidvvidiGSDSdsDSgsmvrvg1vGSiDvDS3、gm的求法的求法 222() =()DnGSTDSDSnGSTiKvVvvKvV2()DSDmnGSTGSvigK VVv由得VDD=20VvoRSviCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析微變等效電路微變等效電路gsivv )/(LDgsmoRRvgvLmiovRgvvA21/ RRRRGiM0375.1Ro=RD=10kR2R1RGvi+-sggsvdgsmvgR

17、LRLRDvo-+例例5.1：典型共源極放大（不帶源極電阻）：典型共源極放大（不帶源極電阻）VDD=20VvoRSviR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k微變等效電路微變等效電路SgsmgsiRvgvv)/(LDgsmoRRvgvSgsmgsLgsmiovRvgvRvgvvA21/ RRRRGiM0375.1Ro=RD=10kR2R1RGvi+-sggsvdgsmvgRLRLRDvo-+RSSmLmRgRg1典型共源極放大（帶源極電阻）典型共源極放大（帶源極電阻）vo+VDDRSviC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2GLgsmgsLgsmiovRvg

18、vRvgvvA11LmLmRgRg動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析21/RRRRGiM0375. 1RiRo Ro gR2R1RGsdRLRS微變等效電路微變等效電路vivogmvgs共漏極放大器共漏極放大器源極輸出器源極輸出器輸出電阻輸出電阻 Ro加壓求流法加壓求流法mgsmgsdogvgvivRT1SooRRR/TvTidigd微變等效電路微變等效電路Ro Ro R2R1RGsRSgsvgsmvg例例5.2.6（共漏極放大電路）：（共漏極放大電路）：o(/ /)mgsdsvg vRr1(/ /)igsogsmdsvvvvgRr(/ /)1(/ /)mdsvmdsgRrAgRr12/ /iggRRR例例5.2.6：1/ / /odsmRRrg =trRmgsttmgsdsoiiig vvvg vrRgstvv 11= ()ttmdsoivgrRCE / CB / CCCE / CB / CC CS / CG / CDCS / CG / CDRi