3-场效应管放大器.ppt

1 1 场效应管 FET 放大器 5 3场效应管的参数及特点 5 1结型场效应管 JFET 5 2绝缘栅场效应管 MOSFET 5 4场效应管放大器 1 2 1 FET与BJT的区别 结型场效应管 JFET 金属 氧化物 半导体场效应管 MOSFET 2 场效应管的分类 电压控制元件 输入电阻高 温度稳定性好 慨述 BJT FET 双极性载流子参与导电 电流控制元件 输入电阻低 温度稳定性差 单极性载流子参与导电 有两大类 不受静电影响 易受静电影响 不宜大规模集成 适宜大规模和超大规模集成 1 3 3 1结型场效应管 JFET 一 分类 结构及符号 N沟道JFET P沟道JFET 1 4 二 JFET的工作原理 特性曲线 一 工作原理 处于无效区 工作区 当u 时 以N沟道为例 1 当uGS 0时 uGS失去对导电沟道的控制作用 从而失去对iD的控制 且输入电阻rgs将变小 形成一定的iG电流 uGS失去对iD的控制 1 5 uG 当uGS 0V时 耗尽层变宽 导电沟道变窄 沟道电阻增大 g s d uD iD i 从而uGS控制了iD的变化 工作区 当uGS UP时 即 uGS UP 2 uGS对iD的控制作用假设uDS 常数 耗尽层 uDS 0V iD 0A 耗尽区闭合 D S间被夹断 处于截止区 所以iG 0 rgs在107 以上 同时因为PN结反偏 1 6 uG g d uD iD i iD随u u 变化而变化 处于变阻区 3 uDS对iD的影响 假设uGS 常数 导电沟道的宽度受uDS的影响较小 但iD受uDS的影响较大 1 7 uG g d uDS iD i uDS增大 一方面使iD增大 另一方面使靠近漏极端的导电沟道变窄 导电沟道电阻增大 又使iD变小 夹断后 即使uDS继续增加 iD不再增加 越靠近漏极端 电沟道呈楔形 当uDS uGS U 时 漏极端的沟道被夹断 漏极端的沟道被夹断 称为预夹断 工作区 当U u uDS uGS U 时 iD随u 变化而变化 但不随u 变化而变化 处于放大区 1 8 在UP uGS 0范围内 二 特性曲线 1 转移特性曲线 1 9 2 输出特性曲线 变阻区UP uGS 0uDS uGS UP 截止区uGS0 放大区UP uGS UP uDS uGS UP沟道预夹断 1 10 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 三 结型场效应管的缺点 1 11 3 2绝缘栅场效应管 MOSFET 金属 氧化物 半导体场效应管 一 分类及符号 MOSFET N沟道耗尽型 N沟道增强型 P沟道增强型 增强型 耗尽型 P沟道耗尽型 1 12 二 增强型MOSFET的结构 工作原理 特性曲线 P型衬底 两个N区 SiO2绝缘层 金属铝 1 N沟道增强型 衬底B 一 结构 栅极 源极 漏极 1 13 2 P沟道增强型 衬底B 1 14 思考 MOSFET的如何达到电压放大的目的 0 uGS变化 iG 0 这与BJT不一样 那么MOSFET的如何达到电压放大的目的 1 15 以N沟道增强型为例 UGS 0时 处于截止区 二 MOSFET的工作原理 工作区 当u UT u 时 i 0 iD is 0 1 16 uGS 0时 UT称为开启电压 iD 工作区 当u U u 时 处于变阻区 1 17 iD uDS增大 一方面使iD增大 导电沟道电阻增大 又使iD变小 uDS增加到uGS UT uGD uGS uDS UT 时 靠近D端的沟道被夹断 称为预夹断 工作区 当u U u uGS UT时 处于放大区 uGS变化而变化 但不随uDS变化而变化 导电沟道被夹断 夹断后 即使uDS继续增加 iD不再增加 另一方面使靠近D区的电压uGD减小 使导电沟道变窄 1 18 1 转移特性曲线 三 增强型N沟道MOS管的特性曲线 1 19 2 输出特性曲线 变阻区uGS UT0 uDS uGS UT 截止区uGS0 放大区uGS UTuDS uGS UT uDS uGS UT沟道预夹断 1 20 预埋了电子型导电沟道 当uGS 0时 有原始导电沟道 在vDS作用下 形成电流iD 当uGS 0时 导电沟道逐渐变窄 电流iD逐渐变小 当uGS 0时 导电沟道逐渐变宽 电流iD IDSS 当uGS UP时 导电沟道被夹断 电流iD为零 三 耗尽型MOSFET的结构 工作原理 特性曲线 一 结构 二 工作原理 1 N沟道耗尽型 1 21 2 P沟道耗尽型 预埋了空穴型导电沟道 衬底 1 22 三 耗尽型N沟道MOS管的特性曲线 1 转移特性曲线 1 23 2 输出特性曲线 变阻区uGS UP0 uDS uGS UP 截止区uGS0 放大区uGS UPuDS uGS UP uDS uGS UP沟道预夹断 1 24 3 4场效应管放大器 静态分析 计算静态值 GSQ IDQ DSQ 动态分析 计算动态值Au Aus Ri R0 放大器有三种组态 共栅极放大电路 共漏极放大电路 共源极放大电路 放大器的两大分析 1 25 静态分析的步骤 步骤 原电路 直流通道 计算出UGSQ IDQ UDSQ 写出uGS与iD的方程 并与由转移特性曲线方程组成方程组 解方程组 判断场效应管是否工作在放大区 一 静态 估算法 分析的步骤 1 26 IGQ 0 自偏置电压电路不能用于增强型MOSFET 注 例题1 下图自偏置电压电路 试分析其静态值 直流通道 解方程组可计算出UGSQ IDQ 1 27 下图为分压偏置电路所示 已知JFET的UP 1V IDSS 0 5mA 试静态分析 直流通道 例题 由于UDSQ UGSQ UP 所以JFET工作在放大区 解得 1 28 一 场效应管的微变等效电路 二 动态 微变等效法 分析 简易等效 完全等效 1 29 图中 gm 跨导 为给定值 或由下式计算 对JFET或耗尽型MOSFET 1 30 二 动态分析的步骤 步骤 原电路 交流通道 微变等效电路 计算动态值 1 混合偏置式共源电路的动态分析 交流通道 1 31 微变等效电路 ui 交流通道 Ro