场效应管电源设计.ppt

1,第四章 晶体管及其小信号放大 场效应管放大电路 电子电路基础,2,4 场效应晶体管及场效应管放大电路,4.1 场效应晶体管(FET),N沟道,P沟道,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,（耗尽型）,3,一、结构, 4.1.1 结型场效应管,源极，用S或s表示,N型导电沟道,漏极，用D或d表示,4,1 UGS0, UDS=0V,PN结反偏，|UGS|越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。,二、工作原理（以N沟道为例）,5,ID,|UGS|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。,6,N,G,S,D,UGS,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UDS 0V，漏极电流ID=0A。,ID,7,2 UGS=0, UDS0V,ID,越靠近漏极，PN结反压越大, 耗尽层越宽，导电沟道越窄,沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。,8,当 UDS=| Vp |, 发生预夹断, ID= IDss,UDS增大则被夹断区向下延伸。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,9,3 UGS0V,ID,UGD= UGS- UDS=UP 时发生预夹断,10,三、特性曲线和电流方程,2. 转移特性,VP,1. 输出特性,11,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。,12,绝缘栅型场效应三极MOSFET( Metal Oxide Semiconductor FET)。分为 增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道, 4.1.2 绝缘栅场效应管（MOS),13,一 N沟道增强型MOSFET,1 结构,14,2 工作原理,(1) VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。,(2) VGS VGS（th)0时，形成导电沟道,反型层,15,(3) VGS VGS（th)0时， VDS0,VDS=VDGVGS =VGDVGS VGD=VGSVDS VGS（th)时发生预夹断,16,3 N沟道增强型MOS管的特性曲线,转移特性曲线,ID=f(VGS)VDS=const,17,输出特性曲线,ID=f(VDS)VGS=const,18,二 N沟道耗尽型MOSFET,(a) 结构示意图 (b) 转移特性曲线,19,输出特性曲线,UGS=0,UGS0,UGS0,20,P沟道MOSFET,P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。,21,2.2.5 双极型和场效应型三极管的比较,双极型三极管 场效应三极管 结构 NPN型 结型耗尽型 N沟道 P沟道 PNP型 绝缘栅增强型 N沟道 P沟道 绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道 C与E一般不可倒置使用 D与S有的型号可倒置使用 载流子 多子扩散少子漂移 多子漂移 输入量 电流输入 电压输入 控制 电流控制电流源CCCS() 电压控制电流源VCCS(gm),22, 4.1.4 场效应管的参数和型号,一 场效应管的参数 开启电压VGS(th) (或VT) 开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值, 场效应管不能导通。, 夹断电压VGS(off) (或VP) 夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off) 时,漏极电流为零。, 饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管, 当VGS=0时所对应的漏极电流,23, 输入电阻RGS 场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107，对于绝缘栅型场效应三极管, RGS约是1091015。, 低频跨导gm 低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用， 这一点与电子管的控制作用相似。gm可以在 转移特性曲线上求取，也可由电流方程求得,24, 最大漏极功耗PDM 最大漏极功耗可由PDM= VDS ID决定，与双极型 三极管的PCM相当。,25,二 场效应三极管的型号,场效应三极管的型号, 现行有两种命名方法。 其一是与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。,第二种命名方法是CS#，CS代表场效应管，以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。,26,几种常用的场效应三极管的主要参数,27,半导体三极管图片,28,半导体三极管图片,29,4.2 场效应 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：,分析方法：,30,4.2.2 场效应管的直流偏置电路及静态分析,一 自偏压电路,vGS,Q点：,VGS 、,ID 、,VDS,vGS =,VDS =,VDD,- ID (Rd + R ),- iDR,31,二 分压式偏置电路,32,4.2.2 场效应管的低频小信号等效模型,跨导,漏极输出电阻,33,场效应管的微变等效电路为：,34,4.2.3 共源极放大电路,35,ro=RD=10k,36,4.2.4 共漏极放大电路 源极输出器,37,38,输入电阻 ri,39,输出电阻