模電,場效應管放大電路.ppt

1、5 場效應管放大電路,教 學 要 求,1、理解場效應管的結(jié)構(gòu)特點 2、理解場效應管的工作原理 3、掌握場效應管的特性與工作狀態(tài) 4、理解場效應管的模型 5、掌握場效應管放大電路的分析方法,場效應管是一種利用電場效應(電壓)來控制其導通電流大小的半導體器件。,場 效 應 管,場效應管不僅體積小、重量輕、耗電省、壽命長，而且還有輸入阻抗高、噪聲低、溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強、制造工藝簡單等特點。,場 效 應 管,場效應管與雙極型晶體管不同，它是電壓控制型器件，只依靠一種載流子導電（電子或空穴），又稱單極型晶體管。,5.3 結(jié)型場效應管(JFET),5 場效應管放大電路,N,基底 ：N型半導體,兩邊

2、是P+區(qū),G(柵極),S源極,D漏極,結(jié)型場效應管（JFET）,導電溝道,N溝道結(jié)型場效應管,JFET管的類型和符號,P溝道結(jié)型場效應管,JFET管的類型和符號,UGS,N溝道結(jié)型管的工作原理,PN結(jié)反偏，UGS越負則耗盡區(qū)越寬，導電溝道越窄。,當UGS較小時，耗盡區(qū)寬度有限，存在導電溝道。DS間相當于線性電阻。,UGS越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。,UGS達到一定值時（夾斷電壓VP）,耗盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，漏極電流ID=0。,ID,N溝道結(jié)型管的特性曲線,輸出特性曲線：,三個工作區(qū),可變電阻區(qū),截止區(qū),飽和區(qū) 恒流區(qū) 放大區(qū),N溝道結(jié)型管的特性曲線,夾斷電壓,飽和漏極電流,N溝

3、道結(jié)型管的特性曲線,轉(zhuǎn)移特性曲線：,VP,N溝道結(jié)型管的特性曲線,輸出特性曲線到轉(zhuǎn)移特性曲線的轉(zhuǎn)換：,P溝道結(jié)型場效應管,ID,飽和漏極電流,夾斷電壓,P溝道結(jié)型場效應管,轉(zhuǎn)移特性曲線：,ID,U DS,恒流區(qū),0,P溝道結(jié)型場效應管,輸出特性曲線：,或,gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得:,主 要 參 數(shù), 最大漏極功耗PDM, 最大漏源電壓V(BR)DS, 最大柵源電壓V(BR)GS, 輸出電阻rd：,主 要 參 數(shù),習題： P251 5.3.3 5.3.5,課 外 作 業(yè),5.1 MOS場效應管,5 場效應管放大電路,MOS管與JFET的導電機制和電流控制原理不同： JFET利用耗盡層的寬度改

4、變導電溝道的寬度來控制ID, MOSFET是利用半導體表面的電場效應，由感應電荷的多少改變導電溝道來控制電流。,MOS 場 效 應 管,P型Si襯底電阻率較高,N溝道MOS場效應管,半導體,鋁,SiO2絕緣層,N溝道MOS場效應管,Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,MOS管利用G、S極電壓的大小，改變半導體表面感生電荷的多少，來控制D極電流的大小。,N溝道MOS場效應管,UGS=0時,對應截止區(qū),D、S間電阻很大，沒有形成導電溝道，ID=0,N溝道MOS場效應管,UGS0時,當VGS0，G、P間是以SiO2為介質(zhì)的平板電容C電場

5、E排斥P型Si中的多子從而在表面留下帶負電的離子組成的耗盡層，同時吸引少子到襯底表面。,N溝道MOS場效應管,UGS0時,UGS足夠大時,感應出足夠多的電子在襯底表面形成N型薄層,稱為反型層，將兩個N+區(qū)相連通，從而形成N型的導電溝道。,N溝道MOS場效應管,UGS越大, 感應電子越多，導電溝道越厚，電阻越小。,在VDD作用下將有ID產(chǎn)生，一般在漏源電壓作用下開始導電時的柵源電壓叫做開啟電壓。,N溝道MOS場效應管,增強型,N溝道增強型MOS管的符號,N溝道增強型MOS管的特性曲線,予埋了導電溝道,N溝道耗盡型MOS管的符號,耗盡型,結(jié)構(gòu)與增強型相同，只是絕緣層SiO2中摻有大量的正離子。這樣

6、，當VGS=0時,在正離子的作用下，P型襯底上感應出較多的電子,形成N溝道。,N溝道耗盡型MOS管的工作原理,當VGS0時，PN結(jié)雖處于正向偏置，但絕緣層的存在不會產(chǎn)生正向電流，而是在溝道中感應出更多的負電荷，在VDS作用下ID更大。,N溝道耗盡型MOS管的工作原理,N溝道耗盡型MOS管的工作原理,當VGS0時,溝道中感應電荷，從而在VDS作用下，iD；當VGS小到一定值時（負值），反型層消失，D-S間失去導電溝道。此時的VGS=VP（與JFET類似，故為耗盡型）。,耗盡型的MOS管UGS=0時就有導電溝道，加反向電壓才能夾斷。,轉(zhuǎn)移特性曲線,N溝道耗盡型MOS管的特性曲線,P耗盡型,予埋導電

7、溝道,P溝道耗盡型MOS管的符號,P增強型,MOS管的主要參數(shù),MOS管的主要參數(shù)與JFET基本相同。只是在增強型中不用夾斷電壓VP，而用開啟電壓VT，而耗盡型用夾斷電壓VP。 參見P208_209,MOS管的比較,MOS管的比較,場效應管的符號比較,習題： P249 5.1.1 5.1.2,課 外 作 業(yè),5.2 場效應管放大電路,5 場效應管放大電路,直 流 偏 置 電 路,（1）自偏壓電路,自偏壓不適用于增強型MOSFET,（1）自偏壓電路,直 流 偏 置 電 路,（2）分壓式自偏壓電路,直 流 偏 置 電 路,（1）FET小信號低頻模型,FET放大電路的小信號模型,（1）FET小信號低頻模型,FET放大電路的小信號模型,FET放大電路的小信號模型,（2）FET小信號高頻模型,共源放大器小信號等效電路,電壓增益：,則,動 態(tài) 指 標 分 析,動 態(tài) 指 標 分 析,輸入電阻,通常,則,輸出電阻,動 態(tài) 指 標 分 析,例：共漏極放大電路如圖示。試求中頻電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。,（1）中頻小信號模型,例：共漏極放大電路如圖示。試求中頻電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。,（2）中頻電壓增益,得,（3）輸入電阻,例：共漏極放大電路如圖示。試求中頻電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。,