《场效应管及其应用》ppt课件

1、第第3章章 场效应管及其运用场效应管及其运用 3.1 场效应管及其运用场效应管及其运用 3.2 场效应及其放大电路场效应及其放大电路3.1 场效应管场效应管 场效应管按构造分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管两类。 3.1.1结型场效应管 1. 结型场效应管的构造及任务原理 1) 根本构造及符号 如图3.1(a)所示, 在一块N型硅半导体两侧制造两个P型区域, 构成两个PN结, 把两个P型区相连后引出一个电极, 称为栅极, 用字母G(或g)表示。 dsgd 漏极g 栅极PPN耗尽层s 源极dsg(a)(b)(c) 图 3.1结型场效应管构造与符号图构造; (b) N沟道结型场效应管符号; (c)

2、 P沟道结型场效应 2) 任务原理 图3.2表示的是结型场效应管施加偏置电压后的接线图。 2 特性曲线 场效应管的特性曲线分为转移特性曲线和输出特性曲线。 1) 转移特性 在uDS一定时, 漏极电流iD与栅源电压uGS之间的关系称为转移特性。 即常数ufdsuigsD)(3. 1)dgSUDDiDUGGPPuDSuGSNRd图3.2 N沟道结型场效应管任务原理 5432101234uDS=12 VuGS/ViD / mAIDSSUGS(off)图3.3 N沟道结型场效应管转移特性曲线 2) 输出特性 输出特性是指栅源电压uGS一定, 漏极电流iD与漏极电压uDS之间的关系, 即 在UGS(of

3、f)uGS0的范围内, 漏极电流iD与栅极电 压uGS的关系为2)()1 (UuIioffGSGSDSSD(3. 2)常数ufGSuiDSD)(3. 3)01234524681012141618iD / mAuDS / V夹断区可变电阻区4 V3 V2 V1 V击穿区恒流区(放大区)uDS0 V 图 3.4 N沟道结型场效应管输出特性曲线 3.1.2绝缘栅型场效应管 1. 加强型绝缘栅场效应管的构造及任务原理 1) 构造及符号 2) 任务原理 图 3.5加强型MOS管构造及符号图 (a) N沟道构造图; (b) N沟道符号; (c) P沟道符号sgdNNP型硅衬底衬底引线gdsgds(a)(b

4、)(c)SiO2gdNNP型硅衬底sUGGUDDiD 图 3.6 N沟道加强型MOS管任务原理 3) 特性曲线 1 N沟道加强型绝缘栅场效应管的转移特性曲线如图3.7(a)所示。 在uGSUGSth时, iD与uGS的关系可用下式表示: 2)() 1(UuIithGSGSDOD(3. 4) 其中ID0是uGS=2UGSth时的iD值。 2 N沟道加强型绝缘栅场效应管的输出特性曲线 如图3.7b所示。 4321iD / mA02468uGS / VuDS10 VUGS(th)3 V012345iD / mA6 V5 V4 V3 V24681012141618uDS / V(a)(b) 图3.7N

5、沟道加强型场效应管特性曲线 a 转移特性; b 输出特性 2. 耗尽型绝缘栅场效应管的构造及任务原理 图3.8为N沟道耗尽型场效应管的构造图。 其构造与加强型场效应管的构造类似, 不同的是这种管子在制造时, 就在二氧化硅绝缘层中掺入了大量的正离子。 sgdNNP型硅衬底衬底引线gdsgds(a)(b)(c) 图3.8耗尽型MOS管构造及符号图(a) N沟道构造图; b N沟道符号; c P沟道符号 图3.9N沟道耗尽型场效应管特性曲线 a 转移特性; b 输出特性 5 4321024681012uDS= 常数uGS / ViD / mAUGS(off)IDSS02468101214162 V1

6、 V3 VuGS= 2 V1 V24681012uDS/V(a)(b)iD / mA0 V在uGS UGSoff时, iD与uGS的关系可用下式表示: 2)()1 (UuIioffGSGSDSSD(3. 5) 3.1.3场效应管的主要参数及运用本卷须知 1 主要参数 1 夹断电压UGSoff或开启电压UGSth 2 饱和漏极电流IDSS 3 漏源击穿电压UBRDS 4) 栅源击穿电压UBRGS 5 直流输入电阻RGS 6 最大耗散功率PDM 7 跨导gm 在uDS为定值的条件下, 漏极电流变化量与引起这个变化的栅源电压变化量之比, 称为跨导或互导, 即 常数uDSdudigGSDm(3. 6)

7、 2 检测及运用本卷须知 1 检测 结型效应管可用万用表判别其管脚和性能的优劣。 1 管脚的判别 2 质量断定 2 本卷须知 1 MOS管栅、 源极之间的电阻很高, 使得栅极的感应电荷不易泄放, 因极间电容很小, 故会呵斥电压过高使绝缘层击穿。 2 有些场效应晶体管将衬底引出, 故有4个管脚, 这种管子漏极与源极可互换运用。 3 运用场效应管时各极必需加正确的任务电压。 4 在运用场效应管时, 要留意漏源电压、 漏源电流及耗散功率等, 不要超越规定的最大允许值。 3.2 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路 与三极管一样, 根据输入、 输出回路公共端选择不同, 将场效应管放大电路分成共源、

8、 共漏和共栅三种组态。 本节主要引见常用的共源和共漏两种放大电路。 3.2.1共源放大电路 1. 电路组成及直流偏置 漏极电阻：将漏 极电流转换成漏 极电压，并影响 放大倍数Au UDDRdC2RsCs旁路电容：消除Rs对交流信号的衰减源极电阻：利用IDQ在其上的压降为栅源极提拱偏压RgC1 栅极电阻：将Rs压降 加至栅极uiuo图 3.10 场效应管共源放大电路 由于栅极电阻上无直流电流, 因此RIUSDGS (3. 7)RIURRRUUUsDDDgggSGGS212 (3. 8)图3.11RdC2 UDDuoRsCsRg1Rg3Rg2C1ui Rg1， Rg2：栅极 分压电阻使栅极获 得合

9、适的工作电压 栅极电阻：用来 提高输入电阻 图 3.11分压偏置式共源放大电路 场效应管放大电路的静态任务点可用式3.4或式3.5与式3.7或式3.8联立求出UGSQ和IDQ,漏源电压UDSQ由下式求得: )(RRIUUsdDQDDDSQ (3. 9) 2. 动态分析 放大电路的动态参数可由微变等效电路求出。 1 场效应管的微变等效电路 2 共源放大电路的微变等效电路dgudsidsdsgudsidsgmugsugsugs 图3.12场效应管微变等效电路 1 电压放大倍数: RguRuguRRiuuALmgsLgsmgsLddiou)/(3. 10)2 输入电阻: )/(213RRRrgggi(3. 11) 3 输出电阻: Rrdo(3. 12)Rg1Rg2Rg3riuiugsggmugsRdRLuorods 图 3.13 共源放大电路的微变等效电