场效应管及其放大电路PPT学习教案

1、会计学1场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路(动画2-8）第1页/共45页 第2页/共45页电流为零时所对应电流为零时所对应的栅源电压的栅源电压VGS称为夹断电压称为夹断电压VP P。这一过程动画这一过程动画所示。所示。（动画2-9）第3页/共45页 在栅极加上电压，且在栅极加上电压，且V VGSGSV VP P，若漏源电压若漏源电压V VDSDS从零开始增加，则从零开始增加，则V VGDGD= =V VGSGS- -V VDSDS将随之减小。使靠近漏将随之减小。使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从左至右呈楔形分布。极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从左至右呈楔形分布。第4页/共45页第5页/

2、共45页( (a) a) 漏极输出特性曲线漏极输出特性曲线 ( (b) b) 转移特性曲线转移特性曲线N N沟道结型场效应三极管的特性曲线沟道结型场效应三极管的特性曲线动画（2-6） 动画（2-7）第6页/共45页 N N沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFET 的结构示意图和符号如的结构示意图和符号如图图 。其中：。其中： D(Drain)D(Drain)为漏极为漏极, ,相当相当于于c c； G(Gate)G(Gate)为栅极，相当为栅极，相当于于b b； S(Source)S(Source)为源极为源极, ,相当相当于于e e。 N N沟道增强型沟道增强型 MOSFETMOSFET结

3、构示意图结构示意图（动画2-3）4.3 4.3 金属金属 氧化物氧化物 半导体场效应管半导体场效应管M Metal etal O Oxide xide S Semiconductor FETemiconductor FET ( (MOSFETMOSFET) )。又称绝缘栅型场效应三极管又称绝缘栅型场效应三极管分为分为 增强型增强型 N N沟道、沟道、P P沟道沟道 耗尽型耗尽型 N N沟道、沟道、P P沟道沟道第7页/共45页 (1)(1)N N沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFET 结构结构 N N沟道增强沟道增强型型MOSFETMOSFET基本上是一种左右对称的结构，它是在基本上是一

4、种左右对称的结构，它是在P P型型半导体上生成一层半导体上生成一层SiOSiO2 2 薄膜绝缘层，然后用光刻工薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的艺扩散两个高掺杂的N N型区，从型区，从N N型区引出电极，型区引出电极，第8页/共45页工作原理工作原理 1 1栅源电压栅源电压V VGSGS的控制作用的控制作用 当当V VGSGS=0V=0V时时，漏源之间相当两个背靠背的，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在二极管，在D D、S S之间加上电压不会在之间加上电压不会在D D、S S间形成电流。间形成电流。第9页/共45页 进一步增加进一步增加V VGSGS，当当V VGSGS V VT T

5、 时（时（ V VT T 称为开启电压称为开启电压) )，由于此，由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的栅极下方的P P型半导体表层中聚集较型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流压，就可以形成漏极电流I ID D。在栅在栅极下方形成的导电沟道中的电子，极下方形成的导电沟道中的电子，因与因与P P型半导体的载流子空穴极性型半导体的载流子空穴极性相反，故称为相反，故称为反型层反型层。 (动画2-4） 随着随着V VGSGS的继续增加，的继

6、续增加，I ID D将不断增加。在将不断增加。在V VGSGS=0V=0V时时I ID D=0=0，只有当只有当V VGSGS V VT T 后才会出现漏极电流，这种后才会出现漏极电流，这种MOSMOS管称为管称为增强型增强型MOSMOS管管。第10页/共45页 转移特性曲线的斜率转移特性曲线的斜率g gm m的大小反映了栅源电压的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。对漏极电流的控制作用。 g gm m 的量纲为的量纲为mA/VmA/V，所以所以g gm m也称为也称为跨导跨导。跨导的定义式如下。跨导的定义式如下 g gm m= = I ID D/ / V VGSGS V VDSDS=co

7、nst=const ( (单位单位mS)mS) ID=f(VGS)VDS=const第11页/共45页V VDSDS= =V VDGDGV VGSGS = =V VGDGDV VGSGSV VGDGD= =V VGSGSV VDSDS 当当V VDSDS为为0 0或较小时，或较小时，相当相当V VGSGS V VT T ，沟道分布沟道分布如图如图，此时此时V VDSDS 基本均匀基本均匀降落在沟道中，沟道呈降落在沟道中，沟道呈斜线分布。斜线分布。漏源电压漏源电压V VDSDS对沟道的影响对沟道的影响(动画2-5)第12页/共45页 当当V VDSDS增加到使增加到使V VGSGS= = V V

8、T T 时，沟道如图所示。这相时，沟道如图所示。这相当于当于V VDSDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为情况，称为预夹断预夹断。 当当V VDSDS增加到增加到V VGSGS V VT T 时，沟道如图所示。此时预时，沟道如图所示。此时预夹断区域加长，伸向夹断区域加长，伸向S S极。极。 V VDSDS增加的部分基本增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，降落在随之加长的夹断沟道上， I ID D基本趋于不变基本趋于不变。 当当V VGSGS V VT T ，且固定为某一值时，且固定为某一值时， V VDSDS对对I ID D的影响，的影响，即即I

9、 ID D= =f f( (V VDSDS) ) V VGSGS=const=const这一关系曲线如图所示。这一曲线称这一关系曲线如图所示。这一曲线称为为漏极输出特性曲线漏极输出特性曲线。第13页/共45页漏极输出特性曲线漏极输出特性曲线ID=f(VDS)VGS=const第14页/共45页GS(off)GS(off)有时也用有时也用V VP P表示。表示。N N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFET的转移特的转移特性曲线如图所示。性曲线如图所示。 N N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFET的结构和符号如图的结构和符号如图所示，它是在栅极下方的所示，它是在栅极下方的SiOSiO

10、2 2绝缘层中掺入了大量绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当的金属正离子。所以当V VGSGS=0=0时，这些正离子已经时，这些正离子已经在感应出反型层，在漏源之间形成了沟道。于是在感应出反型层，在漏源之间形成了沟道。于是只要有漏源电压，就有漏极电流存在。只要有漏源电压，就有漏极电流存在。第15页/共45页第16页/共45页PNPPNP型一样。型一样。第17页/共45页规定正方向，特性曲线就要规定正方向，特性曲线就要画在不同的象限。画在不同的象限。为了便于绘制，将为了便于绘制，将P P沟道管子沟道管子的正方向反过的正方向反过来设定。有关曲线绘于图中来设定。有关曲线绘于图中。第18页/共45页

11、 各类场效应三极管的特性曲线各类场效应三极管的特性曲线绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管N N沟沟道道增增强强型型P P沟沟道道增增强强型型第19页/共45页绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管 N N沟沟道道耗耗尽尽型型P P 沟沟道道耗耗尽尽型型第20页/共45页结结型型场场效效应应管管 N N沟沟道道耗耗尽尽型型P P沟沟道道耗耗尽尽型型第21页/共45页 夹断电压夹断电压V VGS(off) GS(off) ( (或或V VP P) ) 夹断电压是耗尽型夹断电压是耗尽型FETFET的参数，当的参数，当V VGSGS= =V VGS(off) GS(off) 时时, ,漏极电流为零。漏极电流为零。 饱

12、和漏极电流饱和漏极电流I IDSSDSS 耗尽型场效应三极管耗尽型场效应三极管, , 当当V VGSGS=0=0时所对应的时所对应的漏极电流。漏极电流。第22页/共45页 低频跨导低频跨导g gm m 低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用 ，这一点与电子管的控制作用相似。这一点与电子管的控制作用相似。g gm m可以在转可以在转 移特移特性曲线上求取，单位是性曲线上求取，单位是mS(mS(毫西门子毫西门子) )。 最大漏极功耗最大漏极功耗P PDMDM 最大漏极功耗可由最大漏极功耗可由P PDMDM= = V VDSDS I ID D决定，与双极型决定，

13、与双极型三极管的三极管的P PCMCM相当。相当。第23页/共45页 第二种命名方法是第二种命名方法是CSCS# #，CSCS代表场效应管，代表场效应管，以数字代表型号的序号，以数字代表型号的序号，# #用字母代表同一型号用字母代表同一型号中的不同规格。例如中的不同规格。例如CS14ACS14A、CS45GCS45G等。等。第24页/共45页表02.02 场效应三极管的参数 参 数型号PDM mW IDSS mA VRDS VVRGS V VP V gmmA/ V fM MHz3DJ2D 100 20 20 -4 2 3003DJ7E 100 20 20 -4 3 903DJ15H 100 6

14、11 20 20 -5.5 83DO2E 1000.351.2 12 25 1000CS11C 1000.31 -25 -4 2 第25页/共45页第26页/共45页第27页/共45页4.4 4.4 场效应管放大电路场效应管放大电路 第28页/共45页 共源组态基本放大电路共源组态基本放大电路 对于采用场效应三极管的共源基本放大电路，对于采用场效应三极管的共源基本放大电路，可以与共射组态接法的基本放大电路相对应，可以与共射组态接法的基本放大电路相对应，只不过场效应三极管是电压控制电流源，即只不过场效应三极管是电压控制电流源，即VCCSVCCS。共源组态的基本放大电路如图所示。共源组态的基本放大

15、电路如图所示。(a)采用结型场效应管(b)采用绝缘栅场效应管共源组态接法基本放大电路共源组态接法基本放大电路 比较共源和共射放大电路，它们只是在偏比较共源和共射放大电路，它们只是在偏置电路和受控源的类型上有所不同。只要置电路和受控源的类型上有所不同。只要将微变等效电路画出，就是一个解电路的将微变等效电路画出，就是一个解电路的问题了问题了。第29页/共45页(1)(1)直流分析直流分析 将共源基本放大电路的直流通道画出将共源基本放大电路的直流通道画出, ,如图所如图所示示。共源基本放大 电路的直流通道 图中图中R Rg1g1、R Rg2g2是栅极偏置电是栅极偏置电阻，阻，R Rs s是源极电阻，

16、是源极电阻，R Rd d是漏是漏极负载电阻。与共射基本极负载电阻。与共射基本放大电路的放大电路的R Rb1b1、R Rb2b2，R Re e和和R Rc c分别一一对应。而且只要分别一一对应。而且只要结型场效应管栅源间结型场效应管栅源间PNPN结结是反偏工作，无栅流，那是反偏工作，无栅流，那么么JFETJFET和和MOSFETMOSFET的直流通的直流通道和交流通道是一样的。道和交流通道是一样的。可写出下列方程可写出下列方程 VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2) VGSQ= VGVS= VGIDQR IDQ= IDSS1(VGSQ /VP)2 VDSQ= VDDIDQ(Rd+R) 于是可以解

17、出于是可以解出VGSQ、IDQ和和VDSQ。第30页/共45页 微变等效电路(2)(2)交流分析交流分析 画出微变等效电路，如图所示。画出微变等效电路，如图所示。 与双极型三极管相比，输入电阻无穷大，相当开路。与双极型三极管相比，输入电阻无穷大，相当开路。VCCSVCCS的电流源的电流源 还并联了一个输出电阻还并联了一个输出电阻r rdsds，在双极型三极管的简化模型中，因输出电阻很大视为开路，在此可暂时保留。其它部分与双极型三极管放大电路情况一样在双极型三极管的简化模型中，因输出电阻很大视为开路，在此可暂时保留。其它部分与双极型三极管放大电路情况一样。gsmVg第31页/共45页电压放大倍数

18、电压放大倍数 如果有信号源内阻RS时 =gmRLRi / (Ri +RS) 式中Ri是放大电路的输入电阻。LddsLLmgsLddsgsmLddsgsmo/)/()/(RRrRRgVRRrVgARRrVgVv第32页/共45页输出电阻输出电阻 为计算放大电路的输出电阻，可按双口网络为计算放大电路的输出电阻，可按双口网络计算原则将放大电路画成下图的形式。计算原则将放大电路画成下图的形式。 将负载电阻将负载电阻R RL L开路，并想象在输出端加一个开路，并想象在输出端加一个电源电源 , , 将输入电压信号源短路，但保留将输入电压信号源短路，但保留内阻。然后计算内阻。然后计算 ，于是，于是 ddsooo/=RrIVR第33页/共45页交流参数归纳如下交流参数归纳如下电压放大倍数电压放大倍数LmioRgVVAvddsdooo/RrRIVR输出电阻输出电阻输入电阻输入电阻 Ri=Rg1/Rg2 或 Ri=Rg+(Rg1/Rg2) 第34页/共45页 共漏组态基本放大电路共漏组态基本放大电路 共漏组态放大电路共漏组态放大电路 直流通道直流通道其直流工作状态和动态分析如下。其直流工作状态和动态分析如下。(1)直流分析 将共漏组态基本放大电路的直