第三章--场效应晶体管及其放大电路应用..ppt

1、1,模拟电子技术第三章 场效应晶体管及其放大电路应用,主讲 谢榕,开课单位：电气与电子工程学院电工教学基地,2,第三章 场效应晶体管及其放大电路应用,3.3 场效应管放大电路,3.1 场效应管概述,3.2 绝缘栅型场效应管,3,3.1 场效应管概述,场效应管 （FET）,结型（JFET） （属于耗尽型）,绝缘栅型 （MOSFET）,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,4,3.2.1 N沟道增强型MOS管,3.2 绝缘栅场效应管,(a)结构示意图,(b) 电路符号,P型半导体为衬底,g 栅极,d 漏极,s 源极,1. 结构,5,2. 工作原理,绝缘栅场效应管是通过改变

2、栅-源电压uGS的大小，从而改变衬底靠近绝缘层处感应电荷的多少，即改变感应电荷形成的导电沟道的状况，达到控制漏极电流iD之目的。,1）导电沟道的建立,(a) uGS=0，无导电沟道,(b) uGSUGS(th)，建立导电沟道,UGS(th)称为开启电压,6,2. 工作原理,2）uDS对iD的影响,(c) uDS uGS- UGS(th),(a) uDS较小,(b) uDS= uGS- UGS(th),漏、源间呈可变电阻特性,处于预夹断状态,具有恒流源特性,7,当漏源之间接上+VDS时，从源-沟道-漏组成的型半导体区域内产生了一个横向的电位梯度：源区为零电位，漏区为+VDS，而沟道的电位则从源端

3、向漏端逐渐升高。在沟道在不同位置上，沟道厚度不同，源端最厚，漏端最薄，当VDS增大到栅-漏电位差VGSVDSVGS(th)时，漏端预夹断。这个夹断区成了漏源间电流通路上电阻最大的区。VDS的任何进一步增加就必然会集中降在这里，使夹断区具有很强的电场。由于现在被夹的只是漏端的一个小区域，在夹断区左边还有沟道，这些自由电子仍可在沟道中漂移，在到达夹断区时，就受夹断区强电场的吸引，滑入漏区。所以，在漏端夹断后，漏源之间仍有漏极电流ID。 此种情形与NPN型半导体三极管在集电结反偏时仍能把电子拉过耗尽区基本上是相似的。,场效应管在漏端夹断后，为什么还有漏电？,8,MOS管在正常工作情况下，uDS、UG

4、S(th)是确定的，则,3）uGS对iD的控制作用,式中：IDO为uGS=2UGS(th)时的iD值,在满足上式的情况下，只要改变uGS的值，就有一个确定的iD与之对应，从而实现uGS对iD的控制。,2. 工作原理,9,MOS管在正常工作情况下，uDS、UGS(th)是确定的，则,(a)转移特性,(b)输出特性,3. 特性曲线,10,场效应管与晶体管的比较,（1）导电机理场效应管利用多子导电，而晶体管则利用多子和少子导电。,（2）结构对称性场效应管的结构具有对称性，如果绝缘栅型管的衬底在电路内部事先不与源极相连，场效应管的源极和漏极可以互换。而晶体管的结构不对称，集电极与发射极是不能互换的。,

5、（3）控制方式场效应管工作在放大状态时，漏极电流 基本上只随栅源极间电压的变化而变化。所以，常称其为电压控制型器件。晶体管工作在放大状态时，集电极电流 基本上只随基极电流 的变化而变化，习惯上称其为电流控制型器件。但基极电流 又受基极与发射极间电压的控制，实质上仍然是电压控制型器件。,11,（6）放大能力场效应管因跨导 较小 ，而放大能力较弱；晶体管因电流放大系数 较大而放大能力较强。,（4）直流输入电阻场效应管的直流输入电阻大（结型：一般大于 ， 绝缘栅型：一般大于 ）；而晶体管直流输入电阻较小（发射结正偏）。,（5）稳定性及噪声场效应管具有较好的温度稳定性、抗辐射性和低噪声性能；晶体管则受

6、温度和辐射的影响较大，这些都与导电机理有关。,12,3.5 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(放大区)，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。,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uGS，而几乎与uDS无关。,13,3.5 场效应管放大电路,动态分析：,微变等效电路法,(a)包括rds在内的微变等效电路 (b) 简化的微变等效电路,14,3.3.1

7、共源极放大电路,(b) 交流通路,(a)共源极放大电路,1.静态分析,(UGSQ ,IDQ ,UDSQ ),1)解 析法,2）图解法 P84-85,15,3.3.1 共源极放大电路,2.动态分析,1）电压放大倍数,2）输入电阻,3）输入电阻和输出电阻,16,3.3.1 共源极放大电路,3.自给偏压电路,自给偏压共源极放大电路,(a) N沟道耗尽型MOS管放大电路,(b) N沟道结型场效应管放大电路,17,3.3.1 共源极放大电路,4. 举例分析,例：设上页图（a）所示共源极放大电路中，场效应管的 UGS(off) =-1V, IDSS=0.5mA，UDD=18V, R1=47k，R2=2M，

8、 Rg=10M， Rs=2k，Rd=30k，RL=30k。 1）求放大电路的静态工作点； 2）求放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,解 1）根据电路的直流通路，有:,IDQ1=1.6mA舍去 ；IDQ2=0.32mA= IDQ UGSQ=-0.23V UDSQ=7.76V,解得：,18,3.3.1 共源极放大电路,例：设图（a）所示共源极放大电路中，场效应管的UGS(off) =-1V, IDSS=0.5mA，UDD=18V, R1=47k，R2=2M，Rg=10M， Rs=2k，Rd=30k，RL=30k。 2）求放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,解： 2) 先求gm,19,本章小结,场效应管是一种电压控制器件； 和半导体三极管相比，场效应管由多数载流子参与导电，所以温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声低。 场效应管主要优点有