模电,场效应管放大电路.ppt

1、5 场效应管放大电路,教 学 要 求,1、理解场效应管的结构特点 2、理解场效应管的工作原理 3、掌握场效应管的特性与工作状态 4、理解场效应管的模型 5、掌握场效应管放大电路的分析方法,场效应管是一种利用电场效应(电压)来控制其导通电流大小的半导体器件。,场 效 应 管,场效应管不仅体积小、重量轻、耗电省、寿命长，而且还有输入阻抗高、噪声低、温度稳定性好、抗辐射能力强、制造工艺简单等特点。,场 效 应 管,场效应管与双极型晶体管不同，它是电压控制型器件，只依靠一种载流子导电（电子或空穴），又称单极型晶体管。,5.3 结型场效应管(JFET),5 场效应管放大电路,N,基底 ：N型半导体,两边

2、是P+区,G(栅极),S源极,D漏极,结型场效应管（JFET）,导电沟道,N沟道结型场效应管,JFET管的类型和符号,P沟道结型场效应管,JFET管的类型和符号,UGS,N沟道结型管的工作原理,PN结反偏，UGS越负则耗尽区越宽，导电沟道越窄。,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。,UGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。,UGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，漏极电流ID=0。,ID,N沟道结型管的特性曲线,输出特性曲线：,三个工作区,可变电阻区,截止区,饱和区 恒流区 放大区,N沟道结型管的特性曲线,夹断电压,饱和漏极电流,N沟

3、道结型管的特性曲线,转移特性曲线：,VP,N沟道结型管的特性曲线,输出特性曲线到转移特性曲线的转换：,P沟道结型场效应管,ID,饱和漏极电流,夹断电压,P沟道结型场效应管,转移特性曲线：,ID,U DS,恒流区,0,P沟道结型场效应管,输出特性曲线：,或,gm可以在转移特性曲线上求得:,主 要 参 数, 最大漏极功耗PDM, 最大漏源电压V(BR)DS, 最大栅源电压V(BR)GS, 输出电阻rd：,主 要 参 数,习题： P251 5.3.3 5.3.5,课 外 作 业,5.1 MOS场效应管,5 场效应管放大电路,MOS管与JFET的导电机制和电流控制原理不同： JFET利用耗尽层的宽度改

4、变导电沟道的宽度来控制ID, MOSFET是利用半导体表面的电场效应，由感应电荷的多少改变导电沟道来控制电流。,MOS 场 效 应 管,P型Si衬底电阻率较高,N沟道MOS场效应管,半导体,铝,SiO2绝缘层,N沟道MOS场效应管,Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,MOS管利用G、S极电压的大小，改变半导体表面感生电荷的多少，来控制D极电流的大小。,N沟道MOS场效应管,UGS=0时,对应截止区,D、S间电阻很大，没有形成导电沟道，ID=0,N沟道MOS场效应管,UGS0时,当VGS0，G、P间是以SiO2为介质的平板电容C电场

5、E排斥P型Si中的多子从而在表面留下带负电的离子组成的耗尽层，同时吸引少子到衬底表面。,N沟道MOS场效应管,UGS0时,UGS足够大时,感应出足够多的电子在衬底表面形成N型薄层,称为反型层，将两个N+区相连通，从而形成N型的导电沟道。,N沟道MOS场效应管,UGS越大, 感应电子越多，导电沟道越厚，电阻越小。,在VDD作用下将有ID产生，一般在漏源电压作用下开始导电时的栅源电压叫做开启电压。,N沟道MOS场效应管,增强型,N沟道增强型MOS管的符号,N沟道增强型MOS管的特性曲线,予埋了导电沟道,N沟道耗尽型MOS管的符号,耗尽型,结构与增强型相同，只是绝缘层SiO2中掺有大量的正离子。这样

6、，当VGS=0时,在正离子的作用下，P型衬底上感应出较多的电子,形成N沟道。,N沟道耗尽型MOS管的工作原理,当VGS0时，PN结虽处于正向偏置，但绝缘层的存在不会产生正向电流，而是在沟道中感应出更多的负电荷，在VDS作用下ID更大。,N沟道耗尽型MOS管的工作原理,N沟道耗尽型MOS管的工作原理,当VGS0时,沟道中感应电荷，从而在VDS作用下，iD；当VGS小到一定值时（负值），反型层消失，D-S间失去导电沟道。此时的VGS=VP（与JFET类似，故为耗尽型）。,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,N沟道耗尽型MOS管的特性曲线,P耗尽型,予埋导电

7、沟道,P沟道耗尽型MOS管的符号,P增强型,MOS管的主要参数,MOS管的主要参数与JFET基本相同。只是在增强型中不用夹断电压VP，而用开启电压VT，而耗尽型用夹断电压VP。 参见P208_209,MOS管的比较,MOS管的比较,场效应管的符号比较,习题： P249 5.1.1 5.1.2,课 外 作 业,5.2 场效应管放大电路,5 场效应管放大电路,直 流 偏 置 电 路,（1）自偏压电路,自偏压不适用于增强型MOSFET,（1）自偏压电路,直 流 偏 置 电 路,（2）分压式自偏压电路,直 流 偏 置 电 路,（1）FET小信号低频模型,FET放大电路的小信号模型,（1）FET小信号低频模型,FET放大电路的小信号模型,FET放大电路的小信号模型,（2）FET小信号高频模型,共源放大器小信号等效电路,电压增益：,则,动 态 指 标 分 析,动 态 指 标 分 析,输入电阻,通常,则,输出电阻,动 态 指 标 分 析,例：共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。,（1）中频小信号模型,例：共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。,（2）中频电压增益,得,（3）输入电阻,例：共漏极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。,