第五章场效应管17549ppt课件

1、场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗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。高，温度稳定性好。结型场效应管结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种场效应管有两种:N沟道沟道P沟道沟道耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型N沟道沟道P沟道沟道5 场效应管放大电路场效应管放大电路G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极1、构造、构造5.1 结型场效应管结型场效应管(JFET)扩散情况：NPNNNPP基底基底 ：N型半导体型半导体两边是两边是P区区导电沟道导电沟道NPP5.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理N

2、PPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGS符号符号栅极上的箭头表示栅极电流的方向由P区指向N区）。结型场效应管代表符号中栅极上的箭头方向，可以确认沟道的类型。PNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGS符号符号2、工作原理以、工作原理以N沟道为例）沟道为例）vDS=0V时时vGSNGSDvDSNNPPiDPN结反偏，结反偏，vGS越大则耗尽区越越大则耗尽区越宽，导电沟道越宽，导电沟道越窄。窄。vGS0V(1)vGS对导电沟道及对导电沟道及iD的控制的控制vDS=0V时时NGSDvDSvGSNNiDPPvGS越大耗尽区越宽，

3、越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。沟道越窄，电阻越大。但当但当vGS较小时，耗较小时，耗尽区宽度有限，存在尽区宽度有限，存在导电沟道。导电沟道。DS间相当间相当于线性电阻。于线性电阻。VDS=0时时NGSDVDSVGSPPIDVGS达到一定值时达到一定值时夹断电压夹断电压VP）,耗耗尽区碰到一起，尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即间被夹断，这时，即使使vDS 0V，漏极，漏极电流电流iD=0A。vGS0、vGD=vGS-vDSVP时耗尽区的形状时耗尽区的形状NGSDvDSvGSPPiD越靠近漏端，越靠近漏端，PN结反压越大结反压越大6V6V0V2V4V 导电沟道中电位分布情况 (1)vDS

4、对对iD的影响的影响vGSVp且且vDS较大时较大时vGDVP时耗尽区的形状时耗尽区的形状NGSDvDSvGSPPiD沟道中仍是电阻沟道中仍是电阻特性，但是是非特性，但是是非线性电阻。线性电阻。vGSVp vGD=VP时时vDS增大则被夹断增大则被夹断区向下延伸。区向下延伸。NGSDvDSvGSPPiD漏端的沟道被夹断，漏端的沟道被夹断，称为予夹断。称为予夹断。vGS0时时vGS足够大时足够大时vGSVT感感应出足够多电子，应出足够多电子，这里出现以电子这里出现以电子导电为主的导电为主的N型型导电沟道。导电沟道。感应出电子感应出电子VT称为开启电压称为开启电压vGS较小时，导较小时，导电沟道相

5、当于电电沟道相当于电阻将阻将D-S连接起连接起来，来，vGS越大此越大此电阻越小。电阻越小。PNNGSDvDSvGSPNNGSDvDSvGS当当vDS不太不太大时，导电大时，导电沟道在两个沟道在两个N区间是均区间是均匀的。匀的。当当vDS较较大时，靠大时，靠近近D区的导区的导电沟道变电沟道变窄。窄。PNNGSDvDSvGS夹断后，即夹断后，即使使vDS 继续继续增加，增加，ID仍仍呈恒流特性。呈恒流特性。iDvDS增加，增加，vGD=VT 时，靠近时，靠近D端的沟道端的沟道被夹断，称为予夹断。被夹断，称为予夹断。三、增强型三、增强型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲

6、线0iDvGSVT输出特性曲线输出特性曲线iDv DS0iGS0四、耗尽型四、耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的MOS管管vGS=0时就有导电沟道，加反向时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。电压才能夹断。转移特性曲线转移特性曲线0iDvGSVT输出特性曲线输出特性曲线iDvDS0vGS=0vGS0五、说明：五、说明：（1MOS管由四种基本类型；管由四种基本类型；（2MOS管的特性与结型场效应管的特性类似；管的特性与结型场效应管的特性类似；（3增强型的增强型的MOS管的管的vGS必须超过一定的值以使必须超过一定的值以使沟道形成；沟道形成； 耗尽型的耗尽型的MOS管使形

7、成沟道的管使形成沟道的vGS可正可负；可正可负；（4MOS管的输入阻抗特别高管的输入阻抗特别高（5衡量场效应管的放大能力用跨导衡量场效应管的放大能力用跨导 单位：单位：msDSGSDmVVIgGGSDCGSIVR)(六、六、MOS管的有关问题管的有关问题（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V(BR)DS栅源击穿电压VBR)GS1、主要参数（1直流参数开启电压VT指增强型的MOS管夹断电压VP指耗尽型的MOS管零栅压漏极电流IDSS直流输入电阻： 通常很大10101015左右三三 极极 管

8、管场场 效效 应应 管管导电机构双极性器件单极性器件导电方式载流子的扩散与漂移漂移控制方式电流控制电压控制类 型NPN 型、PNP 型P、N 沟道，增强、耗尽型放大参数=30100gm=16ms输入电阻1021041071015抗辐射能力差好噪 声大小热稳定性差好制造工艺复杂简单、成本低；便于集成灵活性C、E 不能互换D、S 可以互换六、六、MOS管的有关问题管的有关问题2、场效应管与三极管的比较六、六、MOS管的有关问题管的有关问题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；（2MOS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

9、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；vGSiD0vDS:N沟道加正压沟道加正压 P沟道加负压沟道加负压各种场效应管的转移特性和输出特性对比 (a)转移特性IDSSVPIDSSN沟道JFETN沟道增强MOSVTN沟道耗尽MOSP沟道耗尽MOSP沟道增强MOSVTP沟道JFETIDSSVPVPVP各种场效应管的转移特性和输出特性对比 (b)输出特性结型vGS和vDS相反增强型vGS同vDS同极性耗尽型vGS任意FET放大偏置时vDS与vGS应满足的关系 5.4场效应管放大电路场效应管放大电路(1)

10、静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流静态：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。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。动态：能为交流信号提供通路。组成原则：组成原则：静态分析：静态分析：估算法、图解法。估算法、图解法。动态分析：动态分析：微变等效电路法。微变等效电路法。分析方法：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。1、自偏压电路、自偏压电路2、分压式自偏压电路、分压式自偏压电路

11、SV GSVGVDDg2g1g2VRRR RID 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：VGS=ISR=IDR05.4.1场效应管的直流偏置电路及静态分析场效应管的直流偏置电路及静态分析1. 直流偏置电路直流偏置电路VDDRdR-Rg+vGSiD-viC1+CSC2-+RLvoVDD=18VRCRg1RdRg3Rg22M47k10M30k2kT+Cb2Cb147u4.7u0.01uQ点：点： VGS 、ID 、VDSVGS =2PGSDSSD)1 (VVIIVDS =已知已知VP ，由，由VDD- ID (Rd + R )-

12、IDR可解出可解出Q点的点的VGS 、 ID 、 VDS 静态工作点静态工作点以自偏压电路为例(1) 近似估算法近似估算法 Cb10.01u4.7uCb2VDD=18VRCRdRg10M30k2kT+47u+-gsdvivo2PGSDSSD)1 (VVIIVDS =VDD- ID (Rd + R )RIRRVRVDggDDgGS212VP=-1V IDSS=0.5mAID=0.5mA(1+0.4-2ID)2ID=(0.95+0.64, 0.95-0.64)mAIDVGS那么：那么：VGVS而：而：IG=0所以：所以：voVDD=20VRSviCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10

13、kGDS10kV5212DDGVRRRVmA5 . 0SGSSDRVRVIV10)(DSDDDDSRRIVV例例5.1VDD=20VvoRSviCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、动态分析二、动态分析微变等效电路微变等效电路gsivv )/(LDgsmoRRvgvLmiovRgvvA21/ RRRRGiM0375.1Ro=RD=10kR2R1RGvi+-sggsvdgsmvgRLRLRDvo-+VDD=20VvoRSviR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kCS微变等效电路微变等效电路SgsmgsiRvgvv)/(LDgsmoRRvgv

14、SgsmgsLgsmiovRvgvRvgvvA21/ RRRRGiM0375.1Ro=RD=10kR2R1RGvi+-sggsvdgsmvgRLRLRDvo-+RSSmLmRgRg1共漏极放大器共漏极放大器源极输出器源极输出器vo+VDDRSviC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、静态分析一、静态分析VSVGmA5 . 0SGSSDRVRVIVDS=VDD- VS =20-5=15VV5211DDGVRRRVvo+VDDRSviC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2GLgsmgsLgsmiovRvgvRvgvvA11LmLmRgRg二、动态分析二、动态分析2

15、1/RRRRGiM0375. 1RiRo RogR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路输出电阻输出电阻 Ro加压求流法加压求流法mgsmgsdogvgvivRT1SooRRR/TvTidigd微变等效电路微变等效电路Ro RoR2R1RGsRSgsvgsmvg微变等效电路共栅放大器共栅放大器动态分析动态分析EDRESRdRLuigmugsgduiRdRLsRI总IiRgRIVmii1RgRIVRmiii11 、电压放大倍数Vo=Id=gmVgsLRVi=VgsLR Av=Vo/Vi =gm2、输入电阻 Vi=I总R=(Ii+gmVgs)R =(IigmUi)R得3、输出电阻 Ro=

16、RdCE / CB / CC CS / CG / CDCE / CB / CC CS / CG / CDRi CS：Rg1 / Rg2CD：Rg+ (Rg1 / Rg2 )CG：R/(1/gm)/(1Re/r:CB R)1 (r/R:CCr/R:CEbeLbebbebRo cs/bbeecR CB1RR+r/R CCRCE：CS：RdCD：R/(1/gm)CG：RdbeLvLbeLvbeLvrRA:CBR)1 (rR)1 (A:CCrRA:CELmvLmLmvLmvRgA:CGRg1RgA:CDRgA:CSvA场效应管放大电路小结场效应管放大电路小结(1) 场效应管放大器输入电阻很大。场效应管放大器输入电阻很大。(2) 场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器(漏极输出漏极输出)