场效应管放大器

关于场效应管放大器第1页，课件共50页，创作于2023年2月§3.1结型场效应管（JFET）一、JFET的结构和工作原理1.结构、符号gsd(b)图3－1P+sgdNNP+(a)源极漏极栅极第2页，课件共50页，创作于2023年2月图3－2箭头表示PN结方向（PN）N+sgdPPN+(a)源极漏极栅极gsd(b)第3页，课件共50页，创作于2023年2月2.工作原理（以N沟道管为例）令vDS=0，看耗尽层的变化即沟道的宽窄在g和s（PN结）间加一反偏vGG，即vGS为负值。|vGS|，耗尽层均匀增加，沟道均匀变窄，见图3－3。vGSP+sgdNNP+图3－3第4页，课件共50页，创作于2023年2月|vGS|，vGS=VP。沟道被夹断。见图3－4。VP：夹断电压图3－4耗尽层vGSP+sgdNP+vDSg耗尽层iD0即使加vDS，iD亦为0。第5页，课件共50页，创作于2023年2月令vGS=0，看iD和vDS的关系P+sgdNP+g耗尽层iD=0图3－5(a)a.vDS=0，

iD=0

见(a)图第6页，课件共50页，创作于2023年2月b.vDS，沟道电场强度（以这为主）iD

但从源极到漏极，产生一个沿沟道的电位梯度，使加在PN结上的反偏由靠近源极的o到vDS。因此靠漏极耗尽层宽，靠源极耗尽层窄，沟道成楔形。见(b)图。P+sgdNP+g耗尽层iD迅速增大VDS图3－5(b)第7页，课件共50页，创作于2023年2月c.vDS，两边耗尽层在A点相遇，称为预夹断，此时g点和A点间电压为VP。即vGS–vDS=VP见(c)图。（此后G与沟道中哪点电位差为VP。即某点PN结所加反偏为|VP|，哪点被夹断）P+sgdNP+g耗尽层iD趋于饱和VDS耗尽层A图3－5(c)第8页，课件共50页，创作于2023年2月d.vDS，iD不变夹断长度（vDS不能控制iD）P+sgdNP+g耗尽层iD饱和VDS耗尽层A图3－5(d)第9页，课件共50页，创作于2023年2月要使iD减少，须加负的vGS。vGS越负，iD越小。体现了vGS对iD的控制作用。（vGS

产生的电场变化控制iD

，称为场效应管）P+sgdNP+g耗尽层iD饱和VDS耗尽层AvGS第10页，课件共50页，创作于2023年2月3.JFET的特性曲线及参数输出特性I区：可变电阻区。vGS越负，漏源间等效交流电阻越大。II区：饱和区（恒流区，线性放大区）III区：击穿区。vDS太大，加到G、D间PN结反偏太大，致使PN结雪崩击穿，管子不能正常工作，甚至烧毁。图3－6048101216200.20.40.60.8预夹断ABCIIIIIIvDS(V)iD(mA)–0.4–0.8vDS＝10(V)第11页，课件共50页，创作于2023年2月转移特性a.讨论输入特性无意义b.转移特性是在输出特性上描点而得。图3－7ABCVPvDS＝10(V)(a)048101216200.20.40.60.8预夹断ABCIIIIIIvDS(V)iD(mA)–0.4–0.8vDS＝10(V)(b)vGS=0iD(mA)–0.8–0.4–1.200.20.40.60.8vGS(V)IDSS第12页，课件共50页，创作于2023年2月c.在饱和区内，VPvGS0时，iD和vGS的关系是：IDSS：饱和漏电流第13页，课件共50页，创作于2023年2月4.主要参数夹断电压VPvGS=0时，即预夹断点处vDS=VP测试时，令vDS=10V。iD=50A。此时的vGS=VP饱和漏电流IDSSvGS=0时，vDS=10V时的iD。第14页，课件共50页，创作于2023年2月跨导gm是衡量vGS对iD控制作用的参数，也是表征管子放大能力的参数，其值约在0.1ms～10ms内。转移特性曲线工作点上之斜率。估算gm：vGS为Q点的直流值第15页，课件共50页，创作于2023年2月输出电阻rd其值很大，几十～几百K。第16页，课件共50页，创作于2023年2月§3.2绝缘栅场效应管（MOSFET）JFET输入电阻约106～109。而绝缘栅FET输入电阻可高达1015。一、N沟道增强型绝缘栅场效应管1.结构符号第17页，课件共50页，创作于2023年2月sgd衬底引线源极栅极漏极二氧化硅铝N+N+P型硅衬底(a)dgs衬底(b)g和s、d均无电的接触，叫绝缘栅；箭头方向由P（衬底）指向N（沟道）；虚线表明vGS=0，沟道不存在。图3－8第18页，课件共50页，创作于2023年2月2.工作原理sgd二氧化硅铝N+N+P图3－9(a)VDDvGS=0，即使加vDS，无沟道，

iD=0，VDSds衬底总有一个PN结反偏；此时若s与衬底连，则D与衬底间PN结亦是反偏。见图(a)第19页，课件共50页，创作于2023年2月vGS>0，排斥空穴，吸引电子到半导体表面vGS到vGS>VT，半导体表面形成N导电沟道，将源区和漏区连起来。VT：开启电压sgdN+N+PVDDVGGN型(感生)沟道图3－9(b)见图(b)第20页，课件共50页，创作于2023年2月sgdN+N+PVDDVGGN型(感生)沟道图3－9(c)iD迅速增大加上VDSvGS>VTvDS=0iD=0vDSiD沟道成楔形（vGS–vDS>VT）见图(c)vDS靠d端被夹断（vGS–vDS=VT）vDS夹断区iD饱和（vGS–vDS<VT）见图(d)第21页，课件共50页，创作于2023年2月sgdN+N+PVDDVGG图3－9(d)iD饱和夹断区第22页，课件共50页，创作于2023年2月vDS并不能控制iD。要增大iD，须增大vGS，使沟道加宽；要减小iD，须减小vGS，使沟道变窄；这体现了vGS对iD的控制。第23页，课件共50页，创作于2023年2月3.特性曲线图3－10从转移特性可看出，只有vGS>VT

，沟道形成，加vDS，才有iD。输出特性也分三个区。0481216201234IIIIIIvDS(V)iD(mA)5V4vGS=3V(a)vDS=10V02461234vGS(V)iD(mA)(b)第24页，课件共50页，创作于2023年2月归纳：vGS>VT

，在半导体表面形成感生沟道，并控制它。vGS沟道iDvGS沟道iD这就是vGS对iD的控制第25页，课件共50页，创作于2023年2月二、耗尽型绝缘栅场效应管的特点（N沟道）1.结构符号gds衬底(b)++++++sgd衬底引线N+N+N型沟道P(a)图3－11在绝缘层sio2里掺杂大量正离子第26页，课件共50页，创作于2023年2月2.工作原理vGS

沟道 iD

0 存在 有vDS就有iD>0 变宽 <0 变窄 第27页，课件共50页，创作于2023年2月vGS(V)VPiDO(a)IDSS3.特性曲线vDS(V)iDO–0.4vGS＝0(V)–0.20.2(b)图3－12第28页，课件共50页，创作于2023年2月4.耗尽型MOSFET和JFET比较相同点：vGS=0时，有沟道管子工作在饱和区有不同点：耗：vGS可正可负结型：vGS0第29页，课件共50页，创作于2023年2月§3.3场效应管放大器（以N沟耗尽型MOSFET为例）一、场效应管的直流偏置电路及静态分析1.估算法求Q点自偏压电路Cb1C+–RgdsT3DJ2Rg+VDDCb20.01F0.01F+15V2k10M10F图3－13+–13ka.栅极不取电流，Rg上无压降。b.耗尽型管vGS=0,也有iD，iD·R使vGS为负值。第30页，课件共50页，创作于2023年2月可求得VGS、ID依vDS=VDD–iD(Rd+R)可求得VDSCb1C+–RgdsT3DJ2Rg+VDDCb20.01F0.01F+15V2k10M10F图3－13+–13k第31页，课件共50页，创作于2023年2月分压式自偏压电路vDS=VDD–iD(Rd+R)（Rg3中无电流）求得VGS、ID、VDS。Cb1C+–RgdsT3DJ2Rg2+VDDCb20.01F0.01F+18V2k47k10F图3－14+–Rg310MRg12MRd30k第32页，课件共50页，创作于2023年2月2.图解法求Q点（以3－13图为例）在输出特性曲线上作直流负载线MN对应直流负载线作负载转移特性曲线vDS=VDD–iD(Rd+R)作源极负载线LL与负载转移特性的交点即Q点vGS=–iD·R第33页，课件共50页，创作于2023年2月求得Q点所对应的值：VGS=–0.7VID=0.37mAVDS=9V图3－15MNiD(mA)vGS(V)0.50.251–0.5–1–1.500.5LiD(mA)vGS=0VvDS(V)150101520–0.5–10.5Q–1.50.5bacdeQdabce第34页，课件共50页，创作于2023年2月二、场效应管放大器的微变等效电路分析法1.场效应管的微变等效电路条件：信号是微变量管子工作在线性区无栅流。所以输入g、s间相当于一个很大的电阻用rgs表示输出iD=f(vDS,vGS)(依输出特性得来)第35页，课件共50页，创作于2023年2月用相量表示gsdrgsrd+––+第36页，课件共50页，创作于2023年2月图3－16vGSvDSdsg+–+–iD(a)gsdrgsrd+––+(b)第37页，课件共50页，创作于2023年2月要求不高的场合可用简化模型rgs可不画；rd>>Rd

，忽略rd的影响。gsd+––+图3－17第38页，课件共50页，创作于2023年2月2.场效应管放大电路分析共源电路图3－18Cb1C+–RgdsT3DJ2Rg2+VCCCb2+–Rg3Rg1Rd(a)gsdRd+––+Rg2Rg1Rg3(b)第39页，课件共50页，创作于2023年2月微变等效电路如(b)图Ri=Rg3+Rg1//Rg2Ro=Rd第40页，课件共50页，创作于2023年2月例3－1

求下图的C1+–RRg+VDDC2+–RdRL第41页，课件共50页，创作于2023年2月解：(1)画简化微变等效电路gdRd+––+Rg+–RLRs第42页，课件共50页，创作于2023年2月(2)Ri=RgRo=R