第4章-场效应管放大电路new-P沟道课件

1、电子技术基础（模拟部分）兰州大学信息科学与工程学院2019年电子技术基础（模拟部分）兰州大学信息科学与工程学院场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种:4.1 场效应晶体管N沟道P沟道耗尽型增强型耗尽型增强型N沟道P沟道场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳一、结构及符号4.1.1 结型场效应管:源极（S）栅极（G）P区漏极DNNDGSN沟道GSDP沟道扩散情况：NPNN一、结构及符号4.1.1 结型场效应管:源极（S）栅极（G）二、工作原理（以P沟道为例，N沟道见书）UDS=0V时PGS

2、DUDSUGSNNNNIDPN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。4.1.1 结型场效应管:二、工作原理（以P沟道为例，N沟道见书）UDS=0V时PGSPGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时NNUGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。何种载流子导电？二、工作原理（以P沟道为例）4.1.1 结型场效应管:PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时NNUGS越大耗尽PGSDUDSUGSNNUDS=0时UGS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。ID

3、二、工作原理（以P沟道为例）4.1.1 结型场效应管:PGSDUDSUGSNNUDS=0时UGS达到一定值时（夹断PGSDUDSUGSUGS0、UGDVP时耗尽区的形状NN越靠近漏端，PN结反压越大ID二、工作原理（以P沟道为例）4.1.1 结型场效应管:PGSDUDSUGSUGS0、UGDVP时PGSDUDSUGSUGSVp且UDS较大时UGDVP时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。ID二、工作原理（以P沟道为例）4.1.1 结型场效应管:PGSDUDSUGSUGSVp且UDS较大时UGDVP时GSDUDSUGSUGSVp UGD=VP时NN漏端的沟道被夹断，称为予夹断。

4、UDS增大则被夹断区向下延伸。ID二、工作原理（以P沟道为例）4.1.1 结型场效应管:GSDUDSUGSUGSVp UGD=VP时NN漏端的沟GSDUDSUGSUGSVp UGD=VP时NN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。ID二、工作原理（以P沟道为例）4.1.1 结型场效应管:GSDUDSUGSUGS0时UGS足够大时（UGSVT）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。感应出电子VT称为开启（阈值）电压二、MOS管的工作原理4.1.2 绝缘栅场效应管:PNNGSDUDSUGSUGS0时UGS足够大时（UGSUGS较小时，

5、导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。PNNGSDUDSUGS二、MOS管的工作原理4.1.2 绝缘栅场效应管:UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大PNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。二、MOS管的工作原理4.1.2 绝缘栅场效应管:PNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS 继续增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VT 时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。二、MOS管的工作原理4.1.2 绝缘栅场效应

6、管:PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS 继续增加，ID三、增强型N沟道MOS管的特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT4.1.2 绝缘栅场效应管:三、增强型N沟道MOS管的特性曲线转移特性曲线0IDUGSV输出特性曲线IDU DS0UGS0三、增强型N沟道MOS管的特性曲线4.1.2 绝缘栅场效应管:输出特性曲线IDU DS0UGS0三、增强型N沟道MOS管四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。转移特性曲线0IDUGSVT4.1.2 绝缘栅场效应管:四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线耗尽型的MOS管UGS=0输出特性曲线IDU D

7、S0UGS=0UGS0四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线4.1.2 绝缘栅场效应管:输出特性曲线IDU DS0UGS=0UGS0四、4.1.2 绝缘栅场效应管:五、说明：（1）MOS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；（3）增强型的MOS管的UGS必须超过一定的值以使沟道形成； 耗尽型的MOS管使形成沟道的UGS可正可负；（4）MOS管的输入阻抗特高（5）衡量场效应管的放大能力用跨导 单位：ms4.1.2 绝缘栅场效应管:五、说明：六、MOS管的有关问题4.1.2 绝缘栅场效应管:（2）交流参数低频跨导：极间电容：栅源电容CGS，栅漏电容CGD，漏源电容CDS（3）

8、极限参数 最大漏极电流IDM，最大耗散功率P0M，漏源击穿电压U(BR)DS栅源击穿电压UBR)GS1、主要参数（1）直流参数开启电压UGS(th)指增强型的MOS管夹断电压UGS(off)指耗尽型的MOS管饱和漏电流IDSS直流输入电阻： 通常很大107左右六、MOS管的有关问题4.1.2 绝缘栅场效应管:（2）交六、MOS管的有关问题4.1.2 绝缘栅场效应管:2、场效应管与三极管的比较六、MOS管的有关问题4.1.2 绝缘栅场效应管:2、场效六、MOS管的有关问题4.1.2 绝缘栅场效应管: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

9、时，须将各个电极短接；（3）焊接时，电烙铁必须有外接地线，最好是断电后再焊接；（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；（5）若用四引线的场效应管，其衬底引线应正确连接；六、MOS管的有关问题4.1.2 绝缘栅场效应管:3、使用 4.2 场效应管放大电路(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： 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

10、平部分，漏极电流iD的值主要取决于vGS，而几乎与vDS无关。 4.2 场效应管放大电路(1) 静态：适当的静态工作点，1、 固定偏置电路 4.2.1 场效应管的直流偏置电路+EDRdRgEgTuouiT：控制器件（N沟道耗尽型MOS管）ED、Eg：直流电源C1、C2：隔直流通交流Rd：将变化的电流转化为变化的电压为保证T工作是恒流区，必须满足：UGS始终为负；UDS始终为正，且UDGUP1、 固定偏置电路 4.2.1 场效应管的直流偏置电路+ED2、自偏压电路3、分压式自偏压电路vGSvGSvGSvGSvGS4.2.1 场效应管的直流偏置电路Rg：使g与地的直流电位几乎相同（因上无电流）。R

11、：当IS流过R时产生直流压降ISR，使S对地有一定的电压：UGS=ISR=IDRUGS则：UGUS而：IG=0所以：UDD=20VuoRSuiCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k4.2.4 场效应管的共源极放大电路一、静态分析求：UDS和4.2.4 场效应管的共源极放大电路UDD=20VuoRSuiCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、动态分析微变等效电路sgR2R1RGRLdRLRDro=RD=10k4.2.4 场效应管的共源极放大电路UDD=20VuoRSu4.2.5 共漏极放大器源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2R

12、L150k50k1M10kDSC2G一、静态分析USUGUDS=UDD- US =20-5=15V4.2.5 共漏极放大器源极输出器uo+UDDRSui4.2.5 共漏极放大器源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro rogR2R1RGsdRLRS微变等效电路二、动态分析4.2.5 共漏极放大器源极输出器uo+UDDRSui输出电阻 ro加压求流法gd微变等效电路ro roR2R1RGsRS4.2.5 共漏极放大器源极输出器二、动态分析输出电阻 ro加压求流法gd微变等效电路ro roR2R1微变等效电路4.2.6 共栅放大器动态分析EDRESRdRLuigmugsgduiRdRLsRI总Ii1 、电压放大倍数Uo=gmUgsUi=Ugs Au=Uo/Ui =gm2、输入电阻 Ui=I总R=(Ii+gmUgs)R =(IigmUi)R得3、输出电阻 Ro= Rd微变等效电路4.2.6 共栅放大器动态分析EDRESRdR场效应管放大电路小结(1) 场效应管放大器输入电阻很大。(2) 场效应管共源极放大器(漏极输出)输入输出反相，电压放大倍数大于1；输出电阻=RD。(3) 场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于1且约等于1；输出电阻小。场效应管放大电路小结(1) 场效应管放