模拟电子技术第3章 场效应管及其放大电路.ppt

第3章场效应管及其放大电路 场效应管 3 1 场效应管放大电路 3 2 3 1场效应管 场效应管也称单极型晶体管 具有噪声小 抗辐射能力强 输入阻抗高等优点 场效应管有三个极 源极 s 栅极 g 漏极 d 对应于晶体管的e b c 有三个工作区域 截止区 恒流区 可变电阻区 对应于晶体管的截止区 放大区 饱和区 符号 结构示意图 导电沟道 3 1 1结型场效应管 P沟道结型场效应管 N沟道结型场效应管 1 对导电沟道宽度及漏极电流的控制作用 沟道最宽 UGS off 1 工作原理 夹断电压常用或表示 2 对导电沟道宽度及漏极电流的影响 设为固定值 且 vGD VP vGS VP且不变 VDD增大 iD增大 vGD VP 预夹断 vGD VP 预夹断 vGD VP VDD的增大 几乎全部用来克服沟道的电阻 iD几乎不变 进入恒流区 iD几乎仅仅决定于vGS 2 结型场效应管的特性曲线及电流方程 1 输出特性 g s电压控制d s的等效电阻 预夹断轨迹 vGD VP 可变电阻区 恒流区 iD几乎仅决定于vGS 击穿区 夹断区 截止区 不同型号的管子VP IDSS将不同 低频跨导 2 转移特性 场效应管工作在恒流区 因而vGS VP且vGD VP 夹断电压 漏极饱和电流 3 1 2绝缘栅场效应管 绝缘栅型场效应管的栅极与源极 栅极与漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离 因此而得名 又因为绝缘栅型场效应管中各电极为金属铝 绝缘层为氧化物 导电沟道为半导体 故又称为金属 氧化物 半导体场效应管 简称为MOS管 MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor 1 N沟道增强型MOS管 衬底 SiO2绝缘层 高掺杂 漏极 栅极 源极 结构示意图 电路符号 1 工作原理 a 耗尽层的形成 b 导电沟道的形成 对导电沟道宽度及漏极电流的控制作用 耗尽层 空穴 大到一定值才开启 反型层 vGS增大 反型层 导电沟道 将变厚变长 当反型层将两个N区相接时 形成导电沟道 对导电沟道宽度及漏极电流的控制作用 设且为定值 刚出现夹断 iD几乎仅仅受控于vGS vGS的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻 2 特性曲线和电流方程 a 输出特性 b 转移特性 开启电压 电流方程 耗尽型MOS管在vGS 0 vGS 0 vGS 0时均可导通 且与结型场效应管不同 由于SiO2绝缘层的存在 在vGS 0时仍保持g s间电阻非常大的特点 加正离子 小到一定值才夹断 vGS 0时就存在导电沟道 2 N沟道耗尽型MOS管 3 P沟道MOS管 P沟道MOS管是在N型衬底表面生成P型反型层作为导电沟道 P沟道MOS管与N沟道MOS管的结构和工作原理类似 并且也有增强型和耗尽型两种 使用时 栅源电压和漏源电压的极性与N沟道MOS管相反 3 1 3场效应管的主要参数 1 直流参数 1 开启电压 是增强型MOS管的参数 是使漏极电流大于零所需要的最小栅源电压 2 夹断电压 是结型场效应管和耗尽型MOS管的参数 3 饱和漏电流 是结型场效应管和耗尽型MOS管的参数 当栅源电压等于零 而漏源电压大于夹断电压时的漏极电流 称为饱和漏极电流 4 直流输入电阻 结型管的大于 MOS管的大于 2 交流参数 1 低频跨导 2 输出电阻 一般约为几十千欧到几百千欧 3 极间电容 场效应管的三个电极之间均存在极间电容 在低频情况下 它们的影响可以忽略不计 在高频情况下 必须予以考虑 3 极限参数 1 最大漏极电流 是管子正常工作时允许的最大漏极电流 2 最大耗散功率 是管子正常工作时允许损耗的最大功率 3 最大漏源电压 是指漏源间所能承受的最大电压 4 最大栅源电压 是指栅源间所能承受的最大电压 3 1 4场效应管与晶体三极管的比较 1 场效应管是电压控制器件 用栅源电压控制漏极电流 栅极基本不取电流 输入电阻很高 而晶体管工作时需要信号源为基极提供一定的电流 输入电阻较小 因此 要求输入电阻高的电路应选用场效应管 如果信号源可以提供一定的电流 可选用晶体管 2 场效应管只有多子参与导电 晶体管内既有多子又有少子参与导电 而少子受温度 辐射等因素影响较大 因而场效应管比晶体管的温度稳定性好 抗辐射能力强 所以在环境条件变化很大的情况下应选用场效应管 3 场效应管的噪声系数很小 所以低噪声放大器的输入级及要求信噪比较高的电路应选用场效应管 当然也可选用特制的低噪声晶体管 4 场效应管的漏极与源极可以互换使用 互换后特性变化不大 而晶体管的发射极与集电极互换后特性差异很大 因此只在特殊需要时才互换 5 场效应管比晶体管的种类多 特别是耗尽型MOS管 栅源电压可正 可负 可为零 均能控制漏极电流 因而在组成放大电路时比晶体管有更大的灵活性 6 场效应管和晶体管均可用于放大电路和开关电路 它们均可构成品种繁多的集成电路 但由于场效应管集成工艺更简单 且具有功耗小 工作电源电压范围宽等优点 因此更加广泛地应用于大规模和超大规模集成电路之中 3 2场效应管放大电路 3 2 1场效应管放大电路的直流偏置和静态分析 1 自给偏压电路 2 1 3 2 分压式偏置电路 1 2 3 3 2 2场效应管放大电路的动态分析 1 场效应管的交流等效模型 近似分析时可认为其为无穷大 根据iD的表达式或转移特性可求得gm 对结型管 2 共源极放大电路的动态分析 交流等效电路 例3 2 1在如图所示电路中 已知VDD 15V Rg1 150k Rg2 300k Rg3 1M Rd RL 5k Rs 0 5k MOS管的VT 2V