场效应管放大电路沟道

场效应管放大电路沟道第1页，课件共51页，创作于2023年2月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沟道第2页，课件共51页，创作于2023年2月一、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：NP>>NN第3页，课件共51页，创作于2023年2月二、工作原理（以P沟道为例，N沟道见书）UDS=0V时PGSDUDSUGSNNNNIDPN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:第4页，课件共51页，创作于2023年2月PGSDUDSUGSNNIDUDS=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:第5页，课件共51页，创作于2023年2月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UDS0V，漏极电流ID=0A。ID二、工作原理（以P沟道为例）4.1.1结型场效应管:第6页，课件共51页，创作于2023年2月PGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS>0、UGD<VP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:第7页，课件共51页，创作于2023年2月PGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS较大时UGD<VP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:第8页，课件共51页，创作于2023年2月GSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP时NN漏端的沟道被夹断，称为予夹断。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:第9页，课件共51页，创作于2023年2月GSDUDSUGSUGS<VpUGD=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:第10页，课件共51页，创作于2023年2月二、工作原理（以P沟道为例）4.1.1结型场效应管:结论：（1）因为栅源间加反向电压，故栅极几乎不取电流；（2）输出电流ID受UGS控制，故场效应管是一种电压控制器件；（3）由于受ED的影响，耗尽层呈上宽下窄的形式，故总是沟道的上部先被夹断；PGSDUDSUGSNNID第11页，课件共51页，创作于2023年2月三、特性曲线UGS0IDIDSSVP饱和漏极电流夹断电压4.1.1结型场效应管:vmAvUDSUGS（1）转移特性

ID=f(UGS)|UDS饱和漏电流IDSS：UGS=0时的漏极电流。夹断电压VP：ID接近于0时的栅源电压。①饱和区中的各条转移特性几乎重合，通常我们就用一条曲线来表示。②转移特性的经验公式：第12页，课件共51页，创作于2023年2月予夹断曲线IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可变电阻区夹断区恒流区（2）输出特性曲线ID=f(UDC)|UGS0三、特性曲线4.1.1结型场效应管:第13页，课件共51页，创作于2023年2月转移特性曲线UGS0IDIDSSVP四、N沟道结型场效应管的特性曲线4.1.1结型场效应管:vmAvVDSVGS第14页，课件共51页，创作于2023年2月输出特性曲线IDUDS0UGS=0V-1V-3V-4V-5V四、N沟道结型场效应管的特性曲线4.1.1结型场效应管:第15页，课件共51页，创作于2023年2月五、结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。4.1.1结型场效应管:第16页，课件共51页，创作于2023年2月4.1.2绝缘栅场效应管:一、结构和电路符号PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层导电沟道金属铝GSDN沟道增强型第17页，课件共51页，创作于2023年2月N沟道耗尽型PNNGSD预埋了导电沟道GSD4.1.2绝缘栅场效应管:一、结构和电路符号第18页，课件共51页，创作于2023年2月NPPGSDGSDP沟道增强型4.1.2绝缘栅场效应管:一、结构和电路符号第19页，课件共51页，创作于2023年2月P沟道耗尽型NPPGSDGSD预埋了导电沟道4.1.2绝缘栅场效应管:一、结构和电路符号第20页，课件共51页，创作于2023年2月二、MOS管的工作原理以N沟道增强型为例PNNGSDUDSUGSUGS=0时D-S间相当于两个反接的PN结ID=0对应截止区4.1.2绝缘栅场效应管:第21页，课件共51页，创作于2023年2月PNNGSDUDSUGSUGS>0时UGS足够大时（UGS>VT）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:第22页，课件共51页，创作于2023年2月UGS较小时，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:第23页，课件共51页，创作于2023年2月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:第24页，课件共51页，创作于2023年2月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绝缘栅场效应管:第25页，课件共51页，创作于2023年2月三、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:第26页，课件共51页，创作于2023年2月输出特性曲线IDUDS0UGS>0三、增强型N沟道MOS管的特性曲线4.1.2绝缘栅场效应管:第27页，课件共51页，创作于2023年2月四、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:第28页，课件共51页，创作于2023年2月输出特性曲线IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>0四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线4.1.2绝缘栅场效应管:第29页，课件共51页，创作于2023年2月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：ms第30页，课件共51页，创作于2023年2月六、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）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107Ω左右第31页，课件共51页，创作于2023年2月六、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第32页，课件共51页，创作于2023年2月六、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；第33页，课件共51页，创作于2023年2月§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平部分，漏极电流iD的值主要取决于vGS，而几乎与vDS无关。第34页，课件共51页，创作于2023年2月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UDG>－UP第35页，课件共51页，创作于2023年2月2、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：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=－IDR<0第36页，课件共51页，创作于2023年2月Q点：VGS、ID、VDSvGS=VDS=已知VP，由VDD-ID(Rd+R)-iDR可解出Q点的VGS、ID、VDS4.2.2静态工作点以自偏压电路为例1、近似估算法

第37页，课件共51页，创作于2023年2月4.2.2静态工作点以自偏压电路为例2、图解分析法

UGS=0vUDSiD3v1.5v-3v-1.5v由输出回路：ED=UDS+ID(RD+RS)作出直流负载线+EDRdRgRSTuoui在转移特性上作源极负载线点所对应的UDS、UGS、ID；UGSiD-31.501.53ED由输出特性：ID=f(UDS)|UGS由输入回路：UGS=UG－US=－IDRS作负载转移特性UDSUGSID第38页，课件共51页，创作于2023年2月4.2.2静态工作点2、图解分析法

（1）根据ED=UDS+ID（RD+RS）在输出特性上作直流负载线；（2）作负载转移特性；（3）作源极负载线；（4）决定静态工作点；（5）在转移特性和输出特性上求出QUGS=0vUDSiD3v1.5v-3v-1.5vUGSiD-31.501.53EDUDSUGSID步骤：第39页，课件共51页，创作于2023年2月4.2.3场效应管的微变等效电路GSD跨导：反映了栅源电压对漏极电流的控制能力，相当于转移特性中工作点处的斜率。

漏极输出电阻：（很大，常可以看作开路）；它是输出特性工作点处的切线斜率的倒数。

uGSiDuDS1、参数的导出

第40页，课件共51页，创作于2023年2月SGDugsgmugsuds很大，可忽略。SGDrDSugsgmugsuds4.2.3场效应管的微变等效电路2、等效电路GSDuGSiDuDS第41页，课件共51页，创作于2023年2月4.2.3场效应管的微变等效电路GSDuGSiDuDS3、gm的求法由得在工作点上：uGS=UGS其中：——场效应管为零偏置时的跨导第42页，课件共51页，创作于2023年2月4.2.4场效应管的共源极放大电路一、静态分析求：UDS和

ID。设：UG>>UGS则：UGUS而：IG=0所以：UDD=20VuoRSuiCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k第43页，课件共51页，创作于2023年2月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sgR2R1RGRL'dRLRDro=RD=10k第44页，课件共51页，创作于2023年2月4.2.5共漏极放大器——源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、静态分析USUGUDS=UDD-US

=20-5=15V第45页，课件共51页，创作于2023年2月4.2.5共漏极放大器——源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro

rogR2R1RGsdRLRS微变等效电路二、动态分析第46页，课件共51页，创