模拟电路及技术基础-3-场效应晶体管及其基本电路ppt课件

1、模拟电子技术根底模拟电子技术根底第三章第三章 场效应管及其根场效应管及其根本电路本电路双极型晶体管双极型晶体管 输入电阻小输入电阻小 输入电流输入电流 少子分散导电少子分散导电 易受易受温度温度 射线的影响射线的影响 集成度低集成度低结型场效应管结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOS场效应管场效应管 Field effect transistor 输入电阻极大输入电阻极大 输入电流几乎为零输入电流几乎为零 多子漂移多子漂移导电导电 温度稳定性好温度稳定性好 便于集成便于集成N基底基底 ：N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极一、构造一、构

2、造导电沟道导电沟道3.1 结型场效应管结型场效应管 (JFET-Junction type Field Effect Transister)NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSPNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGS二、任务原理以二、任务原理以P沟道为例沟道为例UDS=0V时时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，结反偏，UGS越大那么耗越大那么耗尽区越宽，导电尽区越宽，导电沟道越窄。沟道越窄。PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时时NNUGS越大耗尽区越宽，越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。沟道越

3、窄，电阻越大。但当但当UGS较小时，耗较小时，耗尽区宽度有限，存在尽区宽度有限，存在导电沟道。导电沟道。DS间相当间相当于线性电阻。于线性电阻。PGSDUDSUGSNNUDS=0时时UGS到达一定值时到达一定值时夹断电压夹断电压UGSoff,耗尽区碰耗尽区碰到一同，到一同，DS间被夹间被夹断，这时，即使断，这时，即使UDS 0V，漏极电流，漏极电流ID=0AIDPGSDUDSUGSUGS0、 UGD UGSoff时耗尽区的外时耗尽区的外形形NN越接近漏端，越接近漏端，PN结反压越大结反压越大IDPGSDUDSUGSUGS UGSoff且且UDS较大时较大时UGD UGSoff时耗尽区的时耗尽区

4、的外形外形NN沟道中仍是电阻沟道中仍是电阻特性，但是是非特性，但是是非线性电阻。线性电阻。IDGSDUDSUGSUGS UGSoff UGD= UGSoff时时NN漏端的沟道被夹断，漏端的沟道被夹断，称为预夹断。称为预夹断。UDS增大那么被夹增大那么被夹断区向下延伸。断区向下延伸。IDGSDUDSUGSUGS0时时UGS足够大时足够大时UGSUGSth感应出足够多电感应出足够多电子，这里出现以子，这里出现以电子导电为主的电子导电为主的N型导电沟道。型导电沟道。感应出电子感应出电子UGSth称为开启电压称为开启电压UGS较小时，导较小时，导电沟道相当于电电沟道相当于电阻将阻将D-S衔接起衔接起来

5、，来，UGS越大此越大此电阻越小。电阻越小。PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDSUGS当当UDS不太不太大时，导电大时，导电沟道在两个沟道在两个N区间是均区间是均匀的。匀的。当当UDS较较大时，接大时，接近近D区的导区的导电沟道变电沟道变窄。窄。PNNGSDUDSUGS夹断后，即使夹断后，即使UDS 继续添继续添加，加，ID仍呈仍呈恒流特性。恒流特性。IDUDS添加，添加，UGD 0可变电阻区可变电阻区恒恒流流区区夹断区夹断区uDSUGSiD0UA厄尔利电压厄尔利电压1U1A 沟道调制系数沟道调制系数四、耗尽型四、耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的MOS管管U

6、GS=0时就有导电沟道，加反向时就有导电沟道，加反向电压才干夹断。电压才干夹断。转移特性曲线转移特性曲线0iDuGSUGSoff2GSoffGSDODUu1Ii)( 输出特性曲线输出特性曲线iDu DS0UGS=0UGS0 双极型晶体管双极型晶体管 场效应晶体管场效应晶体管构造构造 NPN型型 结型结型 N沟道沟道 P沟道沟道 PNP型型 绝缘栅加强型绝缘栅加强型 N沟道沟道 P沟道沟道 绝缘栅耗尽型绝缘栅耗尽型 N沟道沟道 P沟道沟道 C、E不可倒置不可倒置 D、S普通可倒置普通可倒置 载流子载流子 多子分散、少子漂移多子分散、少子漂移 多子漂移多子漂移输入量输入量 电流电流 电压电压控制控

7、制 电流控制型电流控制型() 电压控制型电压控制型(gm)噪声噪声 较大较大 较小较小温度特性温度特性 受温度影响较大受温度影响较大 较小较小输入电阻输入电阻 几十到几千欧姆几十到几千欧姆 几兆欧姆以上几兆欧姆以上静电影响静电影响 不受静电影响不受静电影响 易受静电影响易受静电影响集成工艺集成工艺 不易大规模集成不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成适宜大规模和超大规模集成双极型和场效应晶体管的比较双极型和场效应晶体管的比较3.3 场效应管参数和小信号模型场效应管参数和小信号模型3.3.1 主要参数主要参数一、直流参数一、直流参数IDSS 饱和漏极饱和漏极电流电流 UGSoff 夹断电压夹断

8、电压0GSuDDSSII0 DGSoffGSiUu时，时，UGSth 开启电压开启电压RGS 输入电阻输入电阻1081012 ， JFET1010 1015 , MOS 加强型MOSFETJFET耗尽型耗尽型MOSFET 二、极限参数二、极限参数栅源击穿电压栅源击穿电压 U(BR)GSO 2. 漏源击穿电压漏源击穿电压 U(BR)DSO 3. 最大功耗最大功耗 PDMiDuDSiDuDS=PDMU(BR)DSO平安任务区平安任务区U(BR)GSODGS 三、交流参数三、交流参数跨导跨导 gm CuGSDmDSdudiggm 的大小反映了栅源电压的大小反映了栅源电压 uGS对漏极电流对漏极电流i

9、D的的 控控制造用制造用 结型及耗尽型绝缘栅场效应管结型及耗尽型绝缘栅场效应管 DSSDQGSoffDSSmIIUI2g2. 输出电阻输出电阻rds GSQuDDSdsdidurrds 很大很大(几十千欧到几兆欧几十千欧到几兆欧) 3.3.2 场效应管的中频小信号模型场效应管的中频小信号模型GSD),(DSGSDuufi DSDSDGSGSDDuuiuuiiDSDSGSmurug 1GSDmuig 跨导跨导DDSDSiur 漏极输出电阻漏极输出电阻uGSiDuDS很大，很大，可忽略。可忽略。 场效应管的微变等效电路为：场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsuds

10、SGDrDSugsgmugsudsid3.4 场效应管放大电路场效应管放大电路(1) 静态：提供适当的静态任务点，使场效应管静态：提供适当的静态任务点，使场效应管任务在恒流区。场效应管的偏置电路任务在恒流区。场效应管的偏置电路相对简单。相对简单。 (2) 动态：能为交流信号提供通路。动态：能为交流信号提供通路。任务形状任务形状静态分析：静态分析： 估算法、图解法。估算法、图解法。动态分析：动态分析： 微变等效电路法。微变等效电路法。分析方法分析方法3.4.1 场效应管的共源极放大电路场效应管的共源极放大电路一、静态分析一、静态分析求：求：UDS和和 ID。UDD=20VuoRSuiCSC2C1

11、R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kV5URRRUDD212G)(DSDDDDSRRIUUDSGGSiRUu20) 1(GSthGSDDuuIiuoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、动态分析二、动态分析sgR2R1RGRLdRLRD微变等效电路微变等效电路gsmUggsUsgR2R1RGRLdRLRDgsUgsmUgiUoUgsiUU)/(LDgsmoRRUgULmuRgA21GiRRRR/M0375. 1Ro=RD=10k 3.4.2 源极输出器源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150

12、k50k1M10kDSC2G一、静态分析一、静态分析UDS=UDD- US = UDD- iDRS V5212DDGURRRUDSGGSiRUu20) 1(GSthGSDDuuIiuo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2GLgsmgsLgsmiouRUgURUgUUA11LmLmRgRgiUoUgsUgsmUgdIriro rogR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路二、动态分析二、动态分析RiRo RogR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路21GiRRRR/M0375. 1输入电阻输入电阻 Ri输出电阻输出电阻 Ro加压求流法加压求流法mgsmgsdog1UgUIURSooRRR/UIdIgd微变等效电路微变等效电路Ro RoR2R1RGsRSgsUgsmUg场效应管放大电路小结场效应管放大电路小结(1) 场效应管放大器输入电阻