模拟电子线路第二章(2)

1、模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用11.4 场效应管场效应管2.6 场效应管放大电路场效应管放大电路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用2引引 言言场效应管场效应管 FET ( (Field Effect Transistor) )类型：类型：结型结型 JFET ( (Junction Field Effect Transistor) )绝缘栅型绝缘栅型 IGFET( (Insulated Gate FET) )也称金属氧化物

2、半导体场效应管也称金属氧化物半导体场效应管MOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET） 是一种用是一种用输入电压控输入电压控制输出电流制输出电流的半导体器件。的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的的N沟道器件沟道器件和空穴作为载流子的和空穴作为载流子的P沟道器件沟道器件模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用3特点：特点：1. 单极型器件单极型器件( (一种载流子导电一种载流子导电) )3. 工艺简单、易集成、功耗小、

3、工艺简单、易集成、功耗小、 体积小、成本低体积小、成本低2. 输入电阻高、噪声低输入电阻高、噪声低 ( (107 1015 ，IGFET 可高达可高达 1015 ) )模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用4耗尽层栅极栅极(Gate)源极源极(Source)漏极漏极(Drain)模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用5按照类似的方法，将基片换为P型半导体，把两边扩散的半导体改为N型的，就制成了P沟道的结型场效应管。模 拟 电 子 线

4、 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用6(1) vDS=0 0时时vGS对沟道的影响对沟道的影响0 DSv此时沟道被夹断，此时沟道被夹断，对应的对应的 称为称为夹断电压用夹断电压用 表示表示此时：此时：模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用7(2) vGS=0 时时vDS对沟道的影响对沟道的影响0 GSvDSvDi此时沟道出现此时沟道出现 Di沟道电场强度加大沟道电场强度加大基本不变基本不变继续增大，夹断点下移继续增大，夹断点下移DDSiv预夹断击穿

5、思考：vGS不等于零（小于零）不等于零（小于零）沟道如何变化？沟道如何变化？iD如何变化？如何变化？（iD为漏极饱和电流）为漏极饱和电流）增加到：增加到：当当DSv vGD = VP P vGD = vGS vDS 动画模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用8常数GSvDSDvfi)(DiGSvDSv可变电阻区饱和区饱和区(放大区放大区) 击击穿穿区区 截 止 区N N沟道结型场效应管的输出特性曲线沟道结型场效应管的输出特性曲线输出特性分为三个区：输出特性分为三个区：可变电阻区：可变电阻区： vGD = vGS

6、vDS VP, vGS VP饱和区（放大区）：饱和区（放大区）：vGD = vGS vDS VP截止区：截止区：vGD = vGS vDS VP, vGS VP模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用9DiGSvDSv常数DSvGSDvfi)(PV(a) 漏极输出特性曲线 (b) 转移特性曲线 2)1 (PGSDSSDVvIi漏极饱和电流漏极饱和电流:DSSI 耗尽型场效应管，当耗尽型场效应管，当 vGS = 0 时所对应的漏极电流。时所对应的漏极电流。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线

7、 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用10P P沟道沟道JEFTJEFT工作时：工作时： 0 GSv模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用11 夹断电压夹断电压V VP P ( (或或V VGS(offGS(off) ) ) ) 当当vGSGS= = V VP P时，漏极电流为零。时，漏极电流为零。 饱和漏电流饱和漏电流IDSS 耗尽型场效应三极管，在耗尽型场效应三极管，在VGS=0的情况下（饱和区），的情况下（饱和区），所对应的漏极电流。所对应的漏极电流。发生发生PNPN结击穿，结击穿，Di

8、开始急剧上升时的开始急剧上升时的DSv的值。的值。 漏源击穿电压漏源击穿电压 DSBRV)(模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用12 输入电阻输入电阻 rgs对于结型场效应三极管，反偏时对于结型场效应三极管，反偏时rgs约大于约大于10107 7，对于绝缘，对于绝缘栅场型效应三极管，栅场型效应三极管，rgs约是约是10109 910101515。 低频跨导低频跨导gm ConstvGSDmDSvig|低频跨导反映了低频跨导反映了栅源电压对漏极电流的控制能力栅源电压对漏极电流的控制能力 。单位是单位是mSmS(

9、(毫西门子毫西门子) )。GSdvVvIdgpGSDSSm)1 (2ppGSDSSVVvI)1 (2模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用13 输出电阻输出电阻dsrConstvDDSGDiv 最大漏极功耗最大漏极功耗 PDM最大漏极功耗可由最大漏极功耗可由PDM= vDS iD决定。决定。在饱和区内，场效应管的输出电阻也比较大，一般为几十到在饱和区内，场效应管的输出电阻也比较大，一般为几十到几百千欧姆。几百千欧姆。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及

10、其应用场效应管及其应用14Metal-Oxide-Semiconductor type Field Effrct Transistor (MOSFET) MOSFET增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道当当0GSv时，就已经存在导电沟道时，就已经存在导电沟道 当当0GSv时，不存在导电沟道时，不存在导电沟道 模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用151 1、结构、结构 铝N N沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFET的结构示意图和电路符号的结构示意图和电路符号 箭头方向表示由箭头方向表示由P衬底指向衬底指向N

11、沟道沟道模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用16P P沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFET的结构的结构示意图和电路符号示意图和电路符号 模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用172 2、工作原理、工作原理 GSv 栅源电压栅源电压对沟道的影响对沟道的影响反反 型型 层层N型沟道生成！型沟道生成！ 越大，电场就越强，沟道将越厚，iD也就越大。 GSv 通过栅极和衬底间的电容作用，通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的将

12、靠近栅极下方的P型半导体中的空型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。的耗尽层。 增加VGS，当VGSVT时时（ VT 称为开启电压称为开启电压），在靠近），在靠近栅下方的栅下方的P型半导体表层中聚集型半导体表层中聚集较多的电子，形成沟道，将漏极较多的电子，形成沟道，将漏极和源极沟通。和源极沟通。动画模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用18DSv 同时加入同时加入漏源电压漏源电压后后对沟道的控制作用对沟道的控制作用DI出现预夹断出现预夹断 DiGSv不变DSvAB

13、CDE0击穿预夹断预夹断)(开启电压开启电压TGSVV vGD=vGSvDS 当当vDS增加到使增加到使VGD=VT时时，这相当于漏极处沟道这相当于漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，缩减到刚刚开启的情况，称为称为预夹断预夹断。 当当vDS增加到增加到VGD VT时，此时预夹断区域加长，伸向时，此时预夹断区域加长，伸向S极。极。VDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上， ID基本趋于不变。基本趋于不变。当当vDS较小时，相当较小时，相当vGDV VT，此时此时vDS 基本均匀降落在沟基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。道中，沟道呈斜线分布。动画模

14、拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用19可变电阻区饱和饱和 区区 击击穿穿区区 截 止 区VGSVT, vGS VT饱和区（放大区）：饱和区（放大区）：vGD = vGS vDS VT截止区：截止区：vGD = vGS vDS VT, vGS GSv时，导电沟道会变厚，时，导电沟道会变厚， Di直至直至ID=0。对应。对应ID=0的的vGSGS称为称为，用符号用符号表示。表示。时，沟道会变薄时，沟道会变薄，00能能不能，因为不能，因为V VGSGS=0=0，没有，没有导电沟道导电沟道不能，因为不能，因为V VDSD

15、S00模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用47 三种接法基本放大电路的比较三种接法基本放大电路的比较三种基本放大电路的比较如下三种基本放大电路的比较如下组态对应关系组态对应关系 CE / CB / CC CS / CG / CDbeLLbeLbeL/RC +=CB )1( )(1 =CC/RC=CErRARrRArRAvvv/RE+/RE+&：LmLmLmLm+=CG 1 =CD =CSRgARgRgARgAvvv + ：&电压放大倍数电压放大倍数模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模

16、拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用48三种基本放大电路的比较如下三种基本放大电路的比较如下组态对应关系组态对应关系 CE / CB / CCCE / CB / CC CS / CG / CDCS / CG / CD输入电阻输入电阻Ri CB: CC:CE:CS： Rg+ (Rg1 / Rg2 )CD：Rg+ (Rg1 / Rg2 )CG：R/(1/gm)beB/rR )1 (/LbeBRrR+RE/rbe/(1+)模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用49三种基本放大电路的比

17、较如下三种基本放大电路的比较如下组态对应关系组态对应关系 CE / CB / CC CS / CG / CD输出电阻输出电阻Ro cs/BbeEc CB1+/ CCCERRRrRR：+CS： RDCD：R/(1/gm)CG：RD模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用50模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用51(1)小信号等效电路图：(2) 11(/)2 120.615112omdbevimsVgRrAVg R + + +21(/)

18、100 22001oCLvobeVRRAVr 12321 vvvAAA模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用52 + + MRRRRgggi1/21 kRRCo4模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用53场效应管的其它应用场效应管的其它应用1. 场效应管有源电阻场效应管有源电阻 场效应管工作于饱和区，直流电阻和交流电阻都和工作点场效应管工作于饱和区，直流电阻和交流电阻都和工作点Q有关。有关。模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用54模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用55222211/(31)4/(21)WLWL 解：模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路模 拟 电 子 线 路场效应管及其应用场效应管及其应用562. NMOS倒相器倒相器3-5-4图3-5-4 场效应管工作于截止区或非饱和区。场效应管工作于截止区或非饱和区。模 拟 电 子 线