场效应管电源设计

1、1 第四章第四章 晶体管及其小信号放大晶体管及其小信号放大 场效应管放大电路场效应管放大电路 电子电路基础24 场效应晶体管及场效应管放大电场效应晶体管及场效应管放大电路路4.1 场效应晶体管场效应晶体管(FET)N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)3一、结构 4.1.1 结型场效应管结型场效应管 源极源极，用S或s表示N型导电沟道漏极漏极，用D或d表示 P型区P型区栅极，用G或g表示栅极，用G或g表示符号符号41 UGS0VID越靠近漏极，PN结反压越大, 耗尽层越宽，导电沟道越窄沟道中仍是电阻特性，但是是非线

2、性电阻。8当 UDS=| Vp |, 发生预夹断, ID= IDssUDS增大则被夹断区向下延伸。此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随UDS的增加而增加，呈恒流特性。ID93 UGS0VIDUGD= UGS- UDS=UP时发生预夹断10三、特性曲线和电流方程const.DSDGS)( vvfi2. 转移特性转移特性 const.GSDDS)( vvfi)0()1(GSP2PGSDSSD vVVvIiVP1. 输出特性输出特性 11 结型场效应管的缺点：1. 栅源极间的电阻虽然可达栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在以上，但在某些场合仍嫌不够高。某些场合仍嫌不够高。3. 栅源

3、极间的栅源极间的PN结加正向电压时，将出现结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2. 在高温下，在高温下，PN结的反向电流增大，栅源结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。极间的电阻会显著下降。12绝缘栅型场效应三极MOSFET( Metal Oxide Semiconductor FET)。分为 增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道 4.1.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（MOS)13一 N沟道增强型MOSFET1 1 结构 142 2 工作原理工作原理 (1) VGS=0V时，漏源

4、之间相当两个背靠背的 二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。(2) VGS VGS（th)0时，形成导电沟道反型层15(3) VGS VGS（th)0时， VDS0 VDS=VDGVGS =VGDVGS VGD=VGSVDS VGS（th)时发生预夹断163 N沟道增强型MOS管的特性曲线转移特性曲线 ID=f(VGS)VDS=const17输出特性曲线ID=f(VDS)VGS=const18二 N沟道耗尽型MOSFET (a) 结构示意图 (b) 转移特性曲线 19输出特性曲线IDU DS0UGS=0UGS020P沟道沟道MOSFET P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOS

5、FET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。212.2.5 2.2.5 双极型和场效应型三极管的比较双极型和场效应型三极管的比较 双极型三极管 场效应三极管结构 NPN型 结型耗尽型 N沟道 P沟道 PNP型 绝缘栅增强型 N沟道 P沟道 绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道 C与E一般不可倒置使用 D与S有的型号可倒置使用载流子 多子扩散少子漂移 多子漂移输入量 电流输入 电压输入控制 电流控制电流源CCCS() 电压控制电流源VCCS(gm)22 4.1.4 场效应管的参数和型号场效应管的参数和型号一一 场效应管的参数场效应管的参数 开

6、启电压VGS(th) (或VT) 开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值, 场效应管不能导通。 夹断电压VGS(off) (或VP) 夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off) 时,漏极电流为零。 饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管, 当VGS=0时所对应的漏极电流23 输入电阻RGS 场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107，对于绝缘栅型场效应三极管, RGS约是1091015。 低频跨导gm 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。gm可以在 转移特性曲线上求取，也可由电流方

7、程求得DSGSDmVvig 时）时）（当（当0)1(2GSPPPGSDSSm vVVVvIg24 最大漏极功耗PDM 最大漏极功耗可由PDM= VDS ID决定，与双极型三极管的PCM相当。25二二 场效应三极管的型号 场效应三极管的型号, 现行有两种命名方法。 其一是与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。 第二种命名方法是CS#，CS代表场效应管，以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS1

8、4A、CS45G等。26几种常用的场效应三极管的主要参数 参 数型 号PD M m W ID SS m A VRD S VVRG S V VP V gmm A/ V fM M H z3D J2D 100 20 20 -4 2 3003D J7E 100 20 20 -4 3 903D J15H 100 6 11 20 20 -5.5 83DO2E 1000.35 1.2 12 25 1000CS11C 1000.3 1 -25 -4 2 27半导体三极管图片半导体三极管图片28半导体三极管图片半导体三极管图片294.2 场效应场效应 放大电路放大电路(1) 静态：适当的静态工作点，使场效应管工

9、作在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。 (2) 动态：能为交流信号提供通路。组成原则：静态分析： 估算法、图解法。动态分析： 微变等效电路法。分析方法：304.2.2 场效应管的直流偏置电路及静态分场效应管的直流偏置电路及静态分析析一一 自偏压电路自偏压电路vGSQ点：VGS 、ID 、VDSvGS =VDS =VDD- ID (Rd + R )- iDR31二二 分压式偏置电路分压式偏置电路SV GSVGVDDg2g1g2VRRR RID 2PGSDSSD)1(VvIi 324.2.2 场效应管的低频小信号等效模场效应管的低频小信号等效模型型GSD),(DSGSDuufi DSDSDGSG

10、SDDuuiuuiiDSDSGSmurug1GSDmuig跨导跨导DDSDSiur漏极输出电阻漏极输出电阻uGSiDuDS33很大，很大，可忽略。可忽略。 场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds344.2.3 共源极放大电路共源极放大电路uoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10ksgR2R1RGRLdRLRD微变等效电路微变等效电路gsmUggsU35gsiUU)/(LDgsmoRRUgULmuRgAsgR2R1RGRLdRLRDgsUgsmUgiUoU21/RRR

11、rGiM0375. 1ro=RD=10k 364.2.4 共漏极放大电路共漏极放大电路 源极输出器源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G37uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2GLgsmgsLgsmiouRUgURUgUUA11LmLmRgRgriro ro gR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路38riro ro gR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路21/RRRrGiM0375. 1输入电阻 ri39输出电阻 romgsmgsdogUgUIUr1SooRrr/UIdIgd微变等效电路微

12、变等效电路ro ro R2R1RGsRSgsUgsmUg40场效应管放大电路小结(1) 场效应管放大器输入电阻很大。场效应管放大器输入电阻很大。(2) 场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器(漏极输出漏极输出)输入输入输出反相，电压放大倍数大于输出反相，电压放大倍数大于1；输出电；输出电阻阻=RD。(3) 场效应管源极跟随器输入输出同相，电场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于压放大倍数小于1且约等于且约等于1；输出电阻；输出电阻小。小。41NGSDUGSPPUGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS 0V，漏极电流ID=0A。ID422 2 工作原理工作原理 (1) VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。(2) VGS VGS（th)0时，形成导电沟道反型层43(3) VGS VGS（th)0时