模拟电子第五版康光华第五章场效应管放大电路ppt课件

1、2电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子根底教研室电气信息学院电工电子根底教研室5.1 金属-氧化物-半导体MOS场效应管5.2 MOSFET放大电路第五章 场效应管放大电路5.3 结型场效应管JFET*5.4 砷化镓金属-半导体场效应管5.5 各种放大器件电路性能比较3电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室学习指点第五章 场效应管放大电路 场效应管： 经过改动外加电压产生的电场强度-控制其导电才干。 优点： 体积小、分量轻、耗电少、寿命长，还具有输入电阻高、热稳定性好、噪声低、便于集成等特点。在大规模集成电路中广泛运用。 分类：

2、 根据构造不同, 可分为结型场效应管(JFET)、绝缘栅型场效应管(IGFET)。 4电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.1 金属-氧化物-半导体MOS场效应管5.1.1 N5.1.1 N沟道加强型沟道加强型MOSFETMOSFET5.1.5 MOSFET5.1.5 MOSFET的主要参数的主要参数5.1.2 N5.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFET5.1.3 P5.1.3 P沟道沟道MOSFETMOSFET5.1.4 5.1.4 沟道长度调制效应沟道长度调制效应5电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研

3、室1. 构造N沟道第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道加强型MOSFETL L ：沟道长度：沟道长度W W ：沟道宽度：沟道宽度tox tox ：绝缘层厚度：绝缘层厚度通常通常 W L W L 6电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室1. 构造N沟道第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道加强型MOSFET符号符号剖面图剖面图7电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室2. 任务原理第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道加强型MOSFET1 1VGSVGS对沟道的控制造用对沟道的控制造用当当vGS0vGS0时时 无导电沟道，无导电沟道， d

4、d、s s间加电压时，总间加电压时，总有一个有一个PNPN结反偏，无电流产生。结反偏，无电流产生。 产生电场，但未构成导电沟道感生沟产生电场，但未构成导电沟道感生沟道，道，d d、s s间加电压后，没有电流产生。间加电压后，没有电流产生。当当vGS VT vGS VT 时时 在电场作用下产生导电沟道，在电场作用下产生导电沟道，d d、s s间加电压后，将有电流产生。间加电压后，将有电流产生。vGSvGS越大，导电沟道越厚。越大，导电沟道越厚。当当0vGS VT 0vGS VT v GS VT 时，时，IDID 沟道电位梯度沟道电位梯度 接近漏极接近漏极d d处的电位升高处的电位升高 沟道变薄沟

5、道变薄 电场强度减小电场强度减小整个沟道呈楔形分布整个沟道呈楔形分布9电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室2. 任务原理第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道加强型MOSFET2 2VDSVDS对沟道的控制造用对沟道的控制造用当当v GSv GS一定一定v GS VT v GS VT 时，时，v v DSDSIDID 沟道电位梯度沟道电位梯度 当当v DSv DS添加到使添加到使v GD=VT v GD=VT 时时，在紧靠漏极处出现预夹断。，在紧靠漏极处出现预夹断。在预夹断处：在预夹断处：v GD=vGS-vDS v GD=vGS-vDS =VT=VT10电气信息学

6、院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室2. 任务原理第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道加强型MOSFET2 2VDSVDS对沟道的控制造用对沟道的控制造用预夹断后，预夹断后，v DSv DS 夹断区延伸夹断区延伸沟道电阻沟道电阻 IDID根本不变根本不变11电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室2. 任务原理第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道加强型MOSFET3 3vDSvDS和和vGSvGS同时作用时同时作用时 vDS vDS一定，一定，vGSvGS变化时，给定变化时，给定一个一个vGS vGS ，就有一条不同的，就有一条不同的ID ID v

7、DS vDS 曲线。曲线。12电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3. V-I 特性曲线及特性方程第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道加强型MOSFET1 1输出特性及特性方程输出特性及特性方程const.DSDGS)( vvfi1 1截止区截止区 当当v GSv GSVTVT时，导电时，导电沟道尚未构成，沟道尚未构成，I DI D0 0，为截止任务形状。为截止任务形状。13电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3. V-I 特性曲线及特性方程第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道加强型MOSFET1 1输出特性及特性方程输出特性及特性方

8、程const.DSDGS)( vvfi2 2可变电阻区可变电阻区 vDS vDSvGSvGSVTVT )( DSDSTGSnD22vvv VKi由于由于vDSvDS较小，可近似为：较小，可近似为：DSTGSnD )(vvVKi 2常数常数 GSDDSdsovvdidrR dsoR dso是一个受是一个受 vGS vGS控制控制的可变电阻的可变电阻14电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3. V-I 特性曲线及特性方程第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道加强型MOSFET1 1输出特性及特性方程输出特性及特性方程2 2可变电阻区可变电阻区DnGSTDS2() iKV

9、vv由由)(21TGSndsoVKrv有 LWLWKK22oxnnnC 其中其中KnKn为电导常数，单位：为电导常数，单位：mA/V2mA/V2受受GSv控制的可变电阻控制的可变电阻15电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3. V-I 特性曲线及特性方程第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道加强型MOSFET1 1输出特性及特性方程输出特性及特性方程3 3饱和区恒流区又称放大饱和区恒流区又称放大区区v GS VT v GS VT ，且，且v DSv DSv GSv GSVTVT2TnDOVKI 是是v GSv GS2VT2VT时的时的iDiD221)(TGSTn V

10、VKv21)(TGSDO VIv2)(TGSnDVKi v16电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3. V-I 特性曲线及特性方程第五章 场效应管放大电路5.1.1 N沟道加强型MOSFET2 2转移特性转移特性const.GSDDS)( vvfi21)(TGSDOD VIiv17电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室1. 构造和任务原理N沟道第五章 场效应管放大电路5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子 可以在正或负的栅源电压下任务，而且根本上无栅流可以在正或负的栅源电压下任务，而且根

11、本上无栅流18电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室2. V-I 特性曲线及大信号特性方程第五章 场效应管放大电路5.1.2 N沟道耗尽型MOSFET21)(PGSDSSDVIiv 21)(TGSDOD VIivN N沟道加强型沟道加强型19电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.1.3 P沟道MOSFET20电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.1.4 沟道长度调制效应实践上饱和区的曲线并不是平坦的实践上饱和区的曲线并不是平坦的)()(DSTGSnDvv 12VKiL L的

12、单位为的单位为m m1V 1 . 0 L当不思索沟道调制效应时，当不思索沟道调制效应时， 0 0，曲线是平坦的。，曲线是平坦的。 修正后修正后21电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.1.5 MOSFET的主要参数一、直流参数一、直流参数NMOSNMOS加强型加强型1. 1. 开启电压开启电压VT VT 加强型参数加强型参数2. 2. 夹断电压夹断电压VP VP 耗尽型参数耗尽型参数3. 3. 饱和漏电流饱和漏电流IDSS IDSS 耗尽型参数耗尽型参数4. 4. 直流输入电阻直流输入电阻RGS RGS 1091091015 1015 二、交流

13、参数二、交流参数 1. 1. 输出电阻输出电阻rds rds GSDDSdsVir vD12TGSnds1)(iVKr v当不思索沟道调制效应时，当不思索沟道调制效应时， 0 0，r ds r ds 22电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.1.5 MOSFET的主要参数二、交流参数二、交流参数 DS GSDmVigv 2. 2. 低频互导低频互导gm gm 思索到思索到 2TGSnD)(VKi v那么那么DSDSGS2TGSnGSDm)(VVVKigvvv )(2TGSnVK vnDTGS)(KiV vLWK 2Coxnn其中其中23电气信息

14、学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.1.5 MOSFET的主要参数三、极限参数三、极限参数 1. 1. 最大漏极电流最大漏极电流ID M ID M 2. 2. 最大耗散功率最大耗散功率PD M PD M 3. 3. 最大漏源电压最大漏源电压V VBRBRDS DS 4. 4. 最大栅源电压最大栅源电压V VBRBRGS GS 24电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.3 结型场效应管 5.3.1 JFET 5.3.1 JFET的构造和任务原理的构造和任务原理 5.3.2 JFET 5.3.2 JFET

15、的特性曲线及参数的特性曲线及参数 5.3.3 JFET 5.3.3 JFET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法 25电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.3.1 JFET的构造和任务原理1. 构造 26电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.3.1 JFET的构造和任务原理2. 任务原理以N沟道JFET为例 1 1vGSvGS对沟道的控制造用对沟道的控制造用当当vGSvGS0 0时时 当沟道夹断时，对应的栅源电压当沟道夹断时，对应的栅源电压vGSvGS称为夹断电压称为夹断电压VP

16、 VP 或或VGS(off)VGS(off)。对于对于N N沟道的沟道的JFETJFET，VP 0VP VT VGS VT ，否那么任务在截止，否那么任务在截止区区再假设任务在可变电阻区再假设任务在可变电阻区)(TGSDSVVV 即即dDDDDSRIVV DSTGSnD )(vvVKI 234电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室2. 图解分析第五章 场效应管放大电路5.2.1 MOSFET放大电路由于负载开路，交流负载线由于负载开路，交流负载线与直流负载线一样。与直流负载线一样。35电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3. 小信号模型分析第五章

17、场效应管放大电路5.2.1 MOSFET放大电路1 1模型模型 2TGSnD)(VKi v2TgsGSQn)(VVK v2nGSQTgs()KVVv2gsngsTGSQn2TGSQn)(2)(vvKVVKVVKDQI gsmvg2gsnvK 静态值静态值直流直流动态值动态值交流交流非线非线性失性失真项真项 当，当，v gs 2(VGSQ- VT )v gs 2(VGSQ- VT )时，时，gsmDQDvgIi36电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3. 小信号模型分析第五章 场效应管放大电路5.2.1 MOSFET放大电路1 1模型模型 DDQmgsDQdiIgIiv

18、=0=0时时0dmgig v37电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3. 小信号模型分析第五章 场效应管放大电路5.2.1 MOSFET放大电路2 2放大电路分析例放大电路分析例5.2.5 P218 5.2.5 P218 V/mA1 V/mA)12(5 . 02 )(2TGSQnm VVKgs解：例解：例5.2.25.2.2的直流分析已求得：的直流分析已求得： mA5 . 0DQ IV2GSQ VV75. 4DSQ V38电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室3. 小信号模型分析第五章 场效应管放大电路5.2.1 MOSFET放大电路2 2放大电路分析例放大电路分析例5.2.5 P218 5.2.5 P218 dgsmoRg vv )1()(mgsgsmgsiRgRg vvvvRgRgAmdmio1 vvvg2g1i/ RRR doRR SiiSiioSosRRRAA vvvvvvvv39电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路*5.4 砷化镓金属-半导体场效应管本节不做教学要求，有兴趣者自学本节不做教学要求，有兴趣者自学40电气信息学院电工电子基础教研室电气信息学院电工电子基础教研室第五章 场效应管放大电路5.5 各