电子技术基础-第3章_场效应晶体管放大电路ppt课件.ppt

第3章场效应晶体管放大电路 自动化工程系雷永锋2013 第3章场效应管放大电路 Sect 3 1 结型场效应管 3 2 绝缘栅场效应管MOS 3 3场效应管的主要参数 3 4场效应管放大电路 场效应管FET与三极管BJT的区别 Sect 1 BJT 是电流控制元件 FET 是电压控制元件 2 BJT参与导电的是电子 空穴 因此称其为双极型器件 FET是电压控制元件 参与导电的只有一种载流子 称为单级型器件 3 BJT输入电阻较低 一般102 104 FET输入电阻高 可达109 1014 场效应管的分类 结型场效应管JFET MOS型场效应管MOSFET 双极型三极管场效应三极管噪声较大较小温度特性受温度影响较大较小 可有零温度系数点输入电阻几十到几千欧姆几兆欧姆以上静电影响不受静电影响易受静电影响集成工艺不易大规模集成适宜大规模和超大规模集成 3 1 结型场效应管 Sect 3 1 1 结构与工作原理 漏极D集电极C栅极G基极B源极S发射极E 导通条件 UGS 0UBE 0UDS 0UBC 0 1 在一定UDS作用下 栅源极电压为负 栅源极勾道通 UGS决定电流iD的大小2 沟道中只有一种截流子 单极型晶体管 1 结构 2 JFET工作原理 N沟道结型场效应三极管只能工作在负栅压区 P沟道的只能工作在正栅压区 当UGS 0时 沟道较宽 在UDS的作用下N沟道内的电子定向运动形成漏极电流ID 当UGS 0时 PN结反偏 PN结加宽 漏源间的沟道将变窄 ID将减小 当UGS继续向负方向增加 沟道继续变窄 ID继续减小直至为0 当漏极电流为零时所对应的栅源电压UGS称为夹断电压UP 预夹断 UGS UP夹断状态ID 0 Sect 导电沟道 3 1 2JFET特性曲线 UP 转移特性曲线 输出特性曲线 Sect UT 3 2 绝缘栅场效应管MOS Sect 3 2 1 N沟道增强型MOS场效应管 漏极D 集电极C 源极S 发射极E 栅极G 基极B 衬底B 电极 金属绝缘层 氧化物基体 半导体称之为MOS管 类型 N沟道增强型P沟道耗尽型 退出 1 结构和工作原理 当UGS较小时 虽然在P型衬底表面形成一层耗尽层 但负离子不能导电 当UGS UT时 在P型衬底表面形成一层电子层 形成N型导电沟道在UDS的作用下形成ID 当UGS 0V时 漏源之间相当两个背靠背的PN结 无论UDS之间加上电压不会在D S间形成电流ID 即ID 0 当UGS UT时 沟道加厚 沟道电阻减少 在相同UDS的作用下ID将进一步增加 开始无导电沟道 当在UGS UT时才形成沟道 这种类型的管子称为增强型MOS管 Sect N沟道增强型MOS工作原理 2 N沟道增强型MOS特性曲线 UDS一定时 UGS对漏极电流ID的控制关系曲线ID f UGS UDS C 1 转移特性曲线 UT 在恒流区 ID与UGS的关系为 ID K UGS UT 2 沟道较短时 应考虑UDS对沟道长度的调节作用 ID K UGS UT 2 1 UDS K 导电因子 mA V2 沟道调制长度系数 n 沟道内电子的表面迁移率COX 单位面积栅氧化层电容W 沟道宽度L 沟道长度Sn 沟道长宽比K 本征导电因子 Sect 2 输出特性曲线 2 恒流区 UGS一定 ID基本不随UDS变化而变3 击穿区 UDS增加到某一值时 ID开始剧增而出现击穿 ID开始剧增时UDS称为漏源击穿电压 Sect UGS一定时 ID与UDS的变化曲线 是一族曲线ID f UDS UGS C 1 可变电阻区 近线性ID 2K UGS UT UDS可变电阻区 当UGS变化时 RON将随之变化恒阻区 当UGS一定时 RON近似为一常数 3 2 2N沟道耗尽型MOS场效应管 耗尽型MOS管存在原始导电沟道 Sect 1 工作原理 当UGS 0时 UDS加正向电压 产生漏极电流ID 此时的漏极电流称为漏极饱和电流IDSS当UGS 0时 将使ID进一步增加 当UGS 0时 UGS的减小漏极电流逐渐减小 直至ID 0 对应ID 0的UGS称为夹断电压UP 退出 2 特性曲线 转移特性曲线 Sect 输出特性曲线 ID mA N沟道耗尽型MOS管可工作在UGS 0或UGS 0N沟道增强型MOS管只能工作在UGS 0 各类场效应三极管的特性曲线 3 3场效应管的主要参数 Sect 1 开启电压UTMOS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 2 夹断电压UP夹断电压是耗尽型FET的参数 当UGS UP时 漏极电流为零 3 饱和漏极电流IDSS耗尽型场效应三极管当UGS 0时所对应的漏极电流 4 直流输入电阻RGS栅源间所加的恒定电压UGS与流过栅极电流IGS之比结型场效应管 反偏时RGS约大于107 绝缘栅场效应管RGS约是109 1015 5 漏源击穿电压BUDS使ID开始剧增时的UDS 6 栅源击穿电压BUGSJFET 反向饱和电流剧增时的栅源电压MOS 使SiO2绝缘层击穿的电压7 低频跨导gm低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用 3 4场效应管放大电路 1 静态值 3 4 1共源组态基本放大电路 1 分压偏置电路 2 自给偏压电路 自给偏置电路 适合结型管和耗尽型MOS管外加偏置电路 适合增强型MOS管 采用结型场效应管 采用绝缘栅场效应管 退出 2 微变等效电路 1 场效应管微变等效电路受控源 电压控制电流源输入电阻 rgs很大忽略输出电阻 rds很大忽略 2 共源组态放大电路微变等效电路 电压放大倍数 3 交流分析 输入电阻 输出电阻 计算Ro的电路模型 例3 3 1用EWB分析图共源结型场效应管基本放大电路的静态工作点和电压放大倍数 并与理论计算相比较 已知gm 0 69mA V IDSS 1mA UP 2V 1 静态工作点仿真 结果列在图中 2 静态工作点理论计算 UDS VDD RS R ID上述方程组代入数据得两组解 ID 0 46mA UGS 0 6V UDS 6 8V 4 电压放大倍数的仿真 Au 465 100 4 65 比计算值大 这主要是由三极管参数差异造成的 如果实际安装 实测值一般与计算值也会有差别 需要通过调试使电子电路的技术指标符合要求 3 4 2共漏组态基本放大电路 电压放大倍数 1 直流分析VG VDDRg2 Rg1 Rg2 VGSQ VG VS VG IDQRIDQ IDSS