模电郝育闻场效应管PPT教案

1、模电郝育闻场效应管模电郝育闻场效应管第一页，共63页。G(栅极栅极(shn j)S源极源极D漏极漏极1、结构、结构(jigu)5.1 结型场效应管结型场效应管(JFET)扩散(kusn)情况：NPNNNPP基底基底 ：N型半导体型半导体两边是两边是P区区导电沟道导电沟道NPP5.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理第1页/共63页第二页，共63页。NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道沟道(u do)结型场效应结型场效应管管DGS符号符号(fho)栅极上的箭头(jintu)表示栅极电流的方向（由P区指向N区）。结型场效应管代表符号中栅极上的箭头(jintu)方向，可以确认沟

2、道的类型。第2页/共63页第三页，共63页。PNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道沟道(u do)结型场效应结型场效应管管DGS符号符号(fho)第3页/共63页第四页，共63页。2、工作、工作(gngzu)原理（以原理（以N沟道为例）沟道为例）vDS=0V时时vGSNGSDvDSNNPPiDPN结反偏，结反偏，vGS越大则耗尽区越越大则耗尽区越宽，导电宽，导电(dodin)沟道越窄。沟道越窄。vGS0V(1)vGS对导电对导电(dodin)沟道及沟道及iD的的控制控制第4页/共63页第五页，共63页。vDS=0V时时NGSDvDSvGSNNiDPPvGS越大耗尽区越宽，越大耗尽区越宽

3、，沟道沟道(u do)越窄，电越窄，电阻越大。阻越大。但当但当vGS较小时，耗尽区较小时，耗尽区宽度有限宽度有限(yuxin)，存，存在导电沟道。在导电沟道。DS间相当间相当于线性电阻。于线性电阻。第5页/共63页第六页，共63页。VDS=0时时NGSDVDSVGSPPIDVGS达到一定值时达到一定值时（夹断（夹断(ji dun)电压电压VP）,耗尽区碰到一耗尽区碰到一起，起，DS间被夹断间被夹断(ji dun)，这时，即使，这时，即使vDS 0V，漏极电流，漏极电流iD=0A。第6页/共63页第七页，共63页。vGS0、vGD=vGS-vDSVP时耗尽时耗尽(ho jn)区的形状区的形状NG

4、SDvDSvGSPPiD越靠近越靠近(kojn)漏漏端，端，PN结反压越结反压越大大6V6V0V2V4V 导电(dodin)沟道中电位分布情况 (1)vDS对对iD的影响的影响第7页/共63页第八页，共63页。vGSVp且且vDS较大时较大时vGDVP时耗尽时耗尽(ho jn)区区的形状的形状NGSDvDSvGSPPiD沟道沟道(u do)中仍是电阻特性，中仍是电阻特性，但是是非线性电但是是非线性电阻。阻。第8页/共63页第九页，共63页。vGSVp vGD=VP时时vDS增大则被夹断增大则被夹断区向下区向下(xin xi)延伸。延伸。NGSDvDSvGSPPiD漏端的沟道被夹断漏端的沟道被夹

5、断(ji dun)，称为予夹断，称为予夹断(ji dun)。第9页/共63页第十页，共63页。vGS0时时vGS足够大时足够大时（vGSVT）感应）感应出足够多电子，出足够多电子，这里出现以电子这里出现以电子导电为主的导电为主的N型型导电沟道。导电沟道。感应感应(gnyng)出电子出电子VT称为称为(chn wi)开启电压开启电压第29页/共63页第三十页，共63页。vGS较小时，导电较小时，导电(dodin)沟道相沟道相当于电阻将当于电阻将D-S连连接起来，接起来，vGS越大越大此电阻越小。此电阻越小。PNNGSDvDSvGS第30页/共63页第三十一页，共63页。PNNGSDvDSvGS当

6、当vDS不太不太大时，导电大时，导电沟道在两个沟道在两个(lin )N区间是均匀区间是均匀的。的。当当vDS较较大大(jio d)时，时，靠近靠近D区区的导电沟的导电沟道变窄。道变窄。第31页/共63页第三十二页，共63页。PNNGSDvDSvGS夹断后，即夹断后，即使使vDS 继续增继续增加，加，ID仍呈仍呈恒流特性恒流特性。iDvDS增加，增加，vGD=VT 时，时，靠近靠近D端的沟道被夹断端的沟道被夹断(ji dun)，称为予夹，称为予夹断断(ji dun)。第32页/共63页第三十三页，共63页。三、增强型三、增强型N沟道沟道MOS管的特性管的特性(txng)曲曲线线转移特性转移特性(

7、txng)曲线曲线0iDvGSVT第33页/共63页第三十四页，共63页。输出特性曲线输出特性曲线(qxin)iDv DS0iGS0第34页/共63页第三十五页，共63页。四、耗尽四、耗尽(ho jn)型型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vGS=0时就有导电沟道，加反向电时就有导电沟道，加反向电压压(diny)才能夹断。才能夹断。转移转移(zhuny)特性特性曲线曲线0iDvGSVT第35页/共63页第三十六页，共63页。输出特性曲线输出特性曲线(qxin)iDvDS0vGS=0vGS0第36页/共63页第三十七页，共63页。五、说明五、说明(shumng)：

8、（1）MOS管由四种基本类型；管由四种基本类型；（2）MOS管的特性与结型场效应管的特性类似；管的特性与结型场效应管的特性类似；（3）增强型的）增强型的MOS管的管的vGS必须超过一定的值以使沟道形必须超过一定的值以使沟道形成；成； 耗尽型的耗尽型的MOS管使形成沟道的管使形成沟道的vGS可正可负；可正可负；（4）MOS管的输入阻抗特别高管的输入阻抗特别高（5）衡量场效应管的放大能力用跨导）衡量场效应管的放大能力用跨导 单位：单位：msDSGSDmVVIg第37页/共63页第三十八页，共63页。GGSDCGSIVR)(六、六、MOS管的有关管的有关(yugun)问题问题（2）交流参数低频跨导：

9、极间电容：栅源电容CGS，栅漏电容CGD，漏源电容CDS（3）极限参数 最大漏极电流IDM，最大耗散(ho sn)功率P0M，漏源击穿电压V(BR)DS栅源击穿电压VBR)GS1、主要参数（1）直流参数开启电压VT指增强型的MOS管夹断电压VP指耗尽型的MOS管零栅压漏极电流IDSS直流输入电阻： 通常(tngchng)很大10101015左右第38页/共63页第三十九页，共63页。三三 极极 管管场场 效效 应应 管管导电机构双极性器件单极性器件导电方式载流子的扩散与漂移漂移控制方式电流控制电压控制类 型NPN 型、PNP 型P、N 沟道，增强、耗尽型放大参数=30100gm=16ms输入电

10、阻1021041071015抗辐射能力差好噪 声大小热稳定性差好制造工艺复杂简单、成本低；便于集成灵活性C、E 不能互换D、S 可以互换六、六、MOS管的有关管的有关(yugun)问题问题2、场效应管与三极管的比较(bjio)第39页/共63页第四十页，共63页。六、六、MOS管的有关管的有关(yugun)问题问题3、使用注意事项（1）结型场效应管的栅源电压不能接反，但可在开路状态下保存；（2）MOS管在不使用时，须将各个电极短接；（3）焊接(hnji)时，电烙铁必须有外接地线，最好是断电后再焊接(hnji)；（4）结型场效应管可用万用表定性检测管子的质量，而MOS管必须用专门的仪器来检测；（

11、5）若用四引线的场效应管，其衬底引线应正确连接；第40页/共63页第四十一页，共63页。vGSiD0vDS:N沟道沟道(u do)加正压加正压 P沟道沟道(u do)加负压加负压各种场效应管的转移特性(txng)和输出特性(txng)对比 (a)转移特性(txng)IDSSVPIDSSN沟道(u do)JFETN沟道增强MOSVTN沟道耗尽MOSP沟道耗尽MOSP沟道增强MOSVTP沟道JFETIDSSVPVPVP第41页/共63页第四十二页，共63页。各种场效应管的转移(zhuny)特性和输出特性对比 (b)输出特性结型vGS和vDS相反(xingfn)增强型vGS同vDS同极性耗尽型vGS

12、任意第42页/共63页第四十三页，共63页。 极 性放大区条件vDSN沟道管：正极性(vDS0)vDSvGSVP0P沟道管：负极性(vDS0)vDSVGSVPVP(或VT)P沟道管：vGSVP(或VT)FET放大偏置(pin zh)时vDS与vGS应满足的关系 第43页/共63页第四十四页，共63页。 5.4场效应管放大场效应管放大(fngd)电路电路(1) 静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路应管的偏置电路(dinl)相对简单。相对简单。 (2) 动态：能为交流信号动态：能为交流信号(xnho)提供通路。提供通

13、路。组成原则：组成原则：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： 场效应管是电压控制器件。它利用栅源电压来控制漏极电流的变化。它的放大作用以跨导来体现，在场效应管的漏极特性的水平部分，漏极电流iD的值主要取决于vGS，而几乎与vDS无关。第44页/共63页第四十五页，共63页。1、自偏压、自偏压(pin y)电电路路2、分压式自偏压、分压式自偏压(pin y)电电路路SV GSVGVDDg2g1g2VRRR RID Rg：使g与地的直流电位几乎相同（因上无电流）。R：当IS流过R时产生(chnshng)直流压降

14、ISR，使S对地有一定的电压：VGS=ISR=IDR05.4.1场效应管的直流偏置电路及静态分析场效应管的直流偏置电路及静态分析1. 直流偏置电路直流偏置电路VDDRdR-Rg+vGSiD-viC1+CSC2-+RLvoVDD=18VRCRg1RdRg3Rg22M47k10M30k2kT+Cb2Cb147u4.7u0.01u第45页/共63页第四十六页，共63页。Q点：点：VGS 、ID 、VDSVGS =2PGSDSSD)1 (VVIIVDS =已知已知VP ，由，由VDD- ID (Rd + R )- IDR可解出可解出Q点的点的VGS 、 ID 、 VDS 静态静态(jngti)工作点工

15、作点以自偏压(pin y)电路为例(1) 近似近似(jn s)估算法估算法 Cb10.01u4.7uCb2VDD=18VRCRdRg10M30k2kT+47u+-gsdvivo第46页/共63页第四十七页，共63页。2PGSDSSD)1 (VVIIVDS = VDD- ID (Rd + R )RIRRVRVDggDDgGS212VP=-1V IDSS=0.5mAID=0.5mA(1+0.4-2ID)2ID=(0.95+0.64, 0.95-0.64)mAIDVGS则：则：VG VS而：而：IG=0所以所以(suy)：voVDD=20VRSviCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10

16、kGDS10kV5212DDGVRRRVmA5 . 0SGSSDRVRVIV10)(DSDDDDSRRIVV例例5.1第53页/共63页第五十四页，共63页。VDD=20VvoRSviCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、动态分析二、动态分析微变等效电路微变等效电路gsivv )/(LDgsmoRRvgvLmiovRgvvA21/ RRRRGiM0375.1Ro=RD=10kR2R1RGvi+-sggsvdgsmvgRLRLRDvo-+第54页/共63页第五十五页，共63页。VDD=20VvoRSviR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k

17、CS微变等效电路微变等效电路SgsmgsiRvgvv)/(LDgsmoRRvgvSgsmgsLgsmiovRvgvRvgvvA21/ RRRRGiM0375.1Ro=RD=10kR2R1RGvi+-sggsvdgsmvgRLRLRDvo-+RSSmLmRgRg1第55页/共63页第五十六页，共63页。共漏极放大器共漏极放大器源极输出源极输出(shch)器器vo+VDDRSviC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、静态一、静态(jngti)分析分析VSVGmA5 . 0SGSSDRVRVIVDS=VDD- VS =20-5=15VV5211DDGVRRRV第56页/共63页第

18、五十七页，共63页。vo+VDDRSviC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2GLgsmgsLgsmiovRvgvRvgvvA11LmLmRgRg二、动态分析二、动态分析21/RRRRGiM0375. 1RiRo Ro gR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路第57页/共63页第五十八页，共63页。输出电阻输出电阻 Ro加压求流法加压求流法mgsmgsdogvgvivRT1SooRRR/TvTidigd微变等效电路微变等效电路Ro Ro R2R1RGsRSgsvgsmvg第58页/共63页第五十九页，共63页。微变等效电路共栅放大器共栅放大器动态分析动态分析EDRESRdRLuigmugsgduiRdRLsRI总IiRgRIVmii1RgRIVRmiii11 、电压放大(fngd)倍数Vo=Id=gmVgsLRVi=VgsLR Av=Vo/Vi =gm2、输入电阻 Vi=I总R=(Ii+gmVgs)R =(IigmUi)R得3、输出电阻 Ro= Rd第59页/共63页第六十页，共63页。CE / CB / CCCE / CB / CC CS / CG / CDCS / CG / CDRi CS：Rg1 / Rg2CD：Rg+ (Rg1 /