电子科大课堂模拟电路PPT学习教案

1、会计学1电子科大课堂模拟电路电子科大课堂模拟电路按结构分为：结型 N沟道（N-JFET） P沟道（P-JFET） 绝缘栅型（IGFETMOSFET）N沟道 P沟道按特性（工作方式）分为：耗尽型 JFET MOSFET 增强型 MOSFETFET分类 第1页/共75页N-JFETP-JFET第2页/共75页引出三个电极 ： 源极（S极）类似于BJT的E极 漏极（D极） C极 栅极（G极） B极 导电沟道为N沟道。 第3页/共75页工作原理：利用外加电压（uGS、uDS）改变导电沟道宽度，从而控制漏极电流iD的大小。即利用半导体内电场效应，通过改变耗尽层宽度来改变导电沟道的宽窄，从而控制iD的大小

2、。第4页/共75页当vGS绝对值耗尽层宽度导电沟道变窄当uGS=UP时，沟道被耗尽层夹断，导电沟道不存在。这种现象称为“全夹断”。第5页/共75页UP：夹断电压，沟道刚处于全夹断对应的uGS值。 过程见图：第6页/共75页第7页/共75页第8页/共75页第9页/共75页第10页/共75页CGSuDSDUfi)(第11页/共75页第12页/共75页CUGSDDSUfi)(UPuGS0（放大区内）第13页/共75页由输出特性曲线可作出转移特性曲线：第14页/共75页2)1 (PGSDSSDUuIi（平方律关系） 第15页/共75页4、P-JFET归纳(1) 外加直流电源极性与N-JFET相反：uG

3、S0， uDS0；(2) Up0；(3) iD：流出漏极为真实方向，即iD由SD；(4) 输出特性中的参变量uGS为正值，曲线在第三象限；(5) 转移特性曲线在四象限。第16页/共75页第17页/共75页练习3（例4-1）（a） uGS=-5VUP=-4V； 沟道处于全夹断状态，管 子工作于截止区。（b）uGS=-3VUP=-4V ，存在导电沟道； 且uDS=7VuGS-UP=1V，沟道部分夹断， 故管子工作 在恒流区（放大区）。（c）uGS=0VUp=-4V，存在导电沟道； 而uDS=0.5VuGS-UP=1V, 沟道未夹断，管子工 作在可变电阻区。第18页/共75页第19页/共75页第20

4、页/共75页说明：1、由导电沟道为虚线、实线区分增强型、耗尽型管子；2、由箭头指向（PN）区分N沟道、P沟道管子；3、电路中衬底B通常与源极S相连，以此区分源极和漏极。 第21页/共75页2、工作原理 利用半导体表面的电场效应，通过改变反型层（感生沟道）的厚薄来控制iD的大小。第22页/共75页uGS=0，不存在导电沟道（D-S间不通）； uGS0，GB间产生垂直向下的电场（右下图）； 第23页/共75页当uGS，因空穴被排斥而在P衬底表面形成负离子层（耗尽层）（见左下图）； uGS至某值时，在绝缘层与耗尽层之间形成一个电子层即N型薄层（反型层）。它沟通了S和D，是一个感生沟道，称为N沟道（见

5、右下图）。第24页/共75页此时对应的uGS值称为开启电压，用UT表示。uGSUT形成导电沟道如下示意图（图中耗尽层未画出）。第25页/共75页感生沟道即导电沟道，形成感生沟道后，若此时uDS0，将形成iD（DS）；若uDS一定，当uGS越大，感应电荷越多，导电沟道越厚（宽），iD越大，反之，uGS越小，iD越小。实现了uGS对iD的控制作用。第26页/共75页)(TGSUu全夹断状态)(TGSDSUuu未夹断状态 )(TGSDSUuu预夹断状态 )(TGSDSUuu部分夹断状态当uGSUT 即导电沟道形成后，增强型MOSFET的uGS、uDS对iD及导电沟道的影响与JFET十分类似，即：uG

6、S变化整个沟道宽度变化； uDS变化沟道成为非均匀沟道。故管子对应的状态也分：第27页/共75页第28页/共75页2222)()() 1(TGSTGSTDOTGSDODUukUuUIUuIiIDO：uGS=2UT 时的ID值。转移特性曲线 iD、uGS的数学表达式（放大区内）：第29页/共75页第30页/共75页（1）结构：衬底为N型，S、D区为P+；（2）工作在放大区偏置电压条件 uGSUT（0）； uDSuGS-UT ；（3）iD方向：流出漏极；（4）转移特性曲线：三象限；（5）输出特性曲线：三象限且参变量uGS为负值。5、P沟道增强型MOS管归纳、对比第31页/共75页第32页/共75页

7、第33页/共75页2、特性曲线转移特性曲线耗尽型MOS管除uGS取值与增强型管不同外，其余工作原理与之相同。第34页/共75页2)1 (PGSDSSDUuIiiD、uGS间的数学关系与结型管相同即：输出特性曲线参变量uGS可正、 可负、 可为零。第35页/共75页第36页/共75页N沟道管沟道管P沟沟道管道管第37页/共75页第38页/共75页练习3 已知N-JFET的IDSS=2mA，UP=-4V，定性画出转移特性曲线和输出特性曲线。第39页/共75页4-3 FET偏置电路 FET偏置电路种类有： 自给偏压电路和混合偏压电路等。 一、自给偏压电路 由于自给偏压电路提供的UGS0，该偏置电路适

8、用于N沟道结型、耗尽型，而不适于增强型管。直流通路第40页/共75页由输入回路得 UGS=-IDRS （1） 静态工作点计算（求解UGSQ、IDQ、UDSQ）： 首先画出电路的直流通路 )2()1 (2PGSDSSDUuIi由iDUGS关系式得第41页/共75页联立求解(1)(2)即得一组合理的UGS、ID 。再由输出回路列KVL有：UDS=UDD-ID(RD+RS)求出UDS值。例4-3第42页/共75页 UGS=UG-US=UG-IDRS该偏置电路适用于所有类型的FET，应用最为广泛。二、混合偏压电路 直流通路如下：第43页/共75页例4-5第44页/共75页练习：试分析下列电路能否正常放

9、大，并说明理由。第45页/共75页QGSDmdudig2)1 (PGSDSSDUuIiDSSDPmIIUg22) 1(TGSDODUUIiDDOTmIIUg2第46页/共75页QDDSdsdidur （3）极间电容 Cgs、Cgd、Cds。 SGD第47页/共75页dsdsgsmddsDSgsGSdDQDSDdsQGSDmDSQDSDGSQGSDDurugiuduuduididudirdudigdududidududidi1,1,(管子输出端关系)2、FET的小信号模型 导出：iD=f（uGS，uDS）在Q点对iD全微分有第48页/共75页又ig=0 (管子输入端关系)由两数学表达式：dsds

10、gsmdurugi1及 ig=0第49页/共75页简化模型第50页/共75页分析方法与BJT放大电路相同，仍为三个步骤： （1）画出放大电路的交流通路， （2）用FET低频小信号模型取代交流通路中的FET 得其小信号等效电路， （3）由各交流指标定义式，利用线性电路的分析方 法求解。4-5 FET基本放大电路第51页/共75页例4-5第52页/共75页DdsRUttoRriuRLs/, 0第53页/共75页1. 由于FET的跨导gm比较小，故CS放大器的Au一般 比CE放大器的Au小；2. 由于FET是平方伏安关系器件，BJT是指数伏安关 系器件，故FET的小信号范围BJT的小信号范围。说明：

11、第54页/共75页交流通路第55页/共75页由各交流指标定义得：SdgsLDdiouRIURRIUUA)/(第56页/共75页SmLDmsmdsLDSLDmugsmLDSdsdsdRgRRgRgrRRRRRgAugRRRrrI1)/(/1)/()/(213/ RRRIURiiiSdgsLDdiouRIURRIUUA)/(第57页/共75页SSmdsSdsSmdsoSgssdsgsmooDURoRRgrRrRgrRRIUIRIrugIIURRRIURSL)1 ()(/0,当rds很大时，Ro=RD第58页/共75页第59页/共75页213/1)/(1)/()/()/(RRRIURRRrgRRrg

12、RRrUgURRrUgUUUUUAiiiLSdsmLSdsmLSdsgsmgsLSdsgsmsdgssdiou第60页/共75页利用求Ro电路 Ro=RS/rds/RmdsSmommgsgsmmrRgRgUgUUUUgUR/11)(第61页/共75页第62页/共75页)/(1)/()/()/(23232323111121idsmidsmidsgsmgsidsgsmogsoiouuuiouRrRgRrRgRrRUgURrRUgUUUUUAAAUUA第63页/共75页CoGidbeLCbdbebLCbiouRRRRRRrrRRRIrrIRRRIUUA/22/)1 ()/2/()1 ()/2/(22

13、2222第64页/共75页第65页/共75页第66页/共75页)/(1)/()/()/(2222111121idsEmidsEmidsEgsmgsidsEgsmogsoiouuuuRrRgRrRgRrRUgURrRUgUUUUUAAAA解：第67页/共75页GiubeCbebCbioubebbebeiiRRArRrIRIUUArIrIIUR01)1 (2222第68页/共75页mbeEbedsbemCbemEbedsbembCbubebgsiEbedsbembgsEbedsbebbbEbebdsbebbbRrgsmbebgsCbiougrRrrrgRrgRrrrgIRIArIUURrrrgIURrrrIIIRrIrrIIIIIUgrIURIUUA111另解第69页/共75页第70页/共75页交流通路为：例3（题4-17）第71页/