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掌握内容 JFET特性的比较理解内容 JFET的特性及参数了解内容 JFET的结构 工作原理 重点 NMOSFET及其共源放大电路 CS电路 难点 N沟道增强型MOSFET的工作原理本章学时 6 第四章场效应管放大路 第四章场效应管放大路 主要内容 4 1结型场效应管 4 2MOS场效应管 4 3场效应管的主要参数 4 4场效应管放大电路 小结 引言 场效应管FET FieldEffectTransistor 类型 结型JFET JunctionFieldEffectTransistor 绝缘栅型IGFET InsulatedGateFET 特点 1 单极性器件 一种载流子导电 3 工艺简单 易集成 功耗小 体积小 成本低 2 输入电阻高 107 1015 IGFET可高达1015 4 1结型场效应管 1 结构与符号 N沟道JFET P沟道JFET 2 工作原理 uGS 0 uDS 0 此时uGD UGS off 沟道楔型 耗尽层刚相碰时称预夹断 预夹断 当uDS 预夹断点下移 3 转移特性和输出特性 UGS off 当UGS off uGS 0时 O O 一 增强型N沟道MOSFET MentalOxideSemi FET 4 2MOS场效应管 1 结构与符号 P型衬底 掺杂浓度低 用扩散的方法制作两个N区 在硅片表面生一层薄SiO2绝缘层 用金属铝引出源极S和漏极D 在绝缘层上喷金属铝引出栅极G S 源极Source G 栅极Gate D 漏极Drain 2 工作原理 1 uGS对导电沟道的影响 uDS 0 反型层 沟道 1 uGS对导电沟道的影响 uDS 0 a 当UGS 0 DS间为两个背对背的PN结 b 当0 UGS UGS th 开启电压 时 GB间的垂直电场吸引P区中电子形成离子区 耗尽层 c 当uGS UGS th 时 衬底中电子被吸引到表面 形成导电沟道 uGS越大沟道越厚 2 uDS对iD的影响 uGS UGS th DS间的电位差使沟道呈楔形 uDS 靠近漏极端的沟道厚度变薄 预夹断 UGD UGS th 漏极附近反型层消失 预夹断发生之前 uDS iD 预夹断发生之后 uDS iD不变 3 转移特性曲线 UDS 10V UGS th 当uGS UGS th 时 uGS 2UGS th 时的iD值 开启电压 O 4 输出特性曲线 可变电阻区 uDS uGS UGS th uDS iD 直到预夹断 饱和 放大区 uDS iD不变 uDS加在耗尽层上 沟道电阻不变 截止区 uGS UGS th 全夹断iD 0 截止区 饱和区 可变电阻区 放大区 恒流区 O 二 耗尽型N沟道MOSFET Sio2绝缘层中掺入正离子在uGS 0时已形成沟道 在DS间加正电压时形成iD uGS UGS off 时 全夹断 二 耗尽型N沟道MOSFET 输出特性 转移特性 IDSS UGS off 夹断电压 饱和漏极电流 当uGS UGS off 时 O 三 P沟道MOSFET 增强型 耗尽型 N沟道增强型 P沟道增强型 N沟道耗尽型 P沟道耗尽型 IDSS FET符号 特性的比较 N沟道结型 P沟道结型 4 3场效应管的主要参数 开启电压UGS th 增强型 夹断电压UGS off 耗尽型 指uDS 某值 使漏极电流iD为某一小电流时的uGS值 UGS th 2 饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应管 当uGS 0时所对应的漏极电流 UGS th 3 直流输入电阻RGS 指漏源间短路时 栅 源间加反向电压呈现的直流电阻 JFET RGS 107 MOSFET RGS 109 1015 4 低频跨导gm 反映了uGS对iD的控制能力 单位S 西门子 一般为几毫西 mS O PDM uDSiD 受温度限制 5 漏源动态电阻rds 6 最大漏极功耗PDM 4 4场效应管放大电路 4 4 2场效应管电路小信号等效电路分析法 4 4 1场效应管放大电路的组态 4 4 1场效应管放大电路的组态 三种组态 共源 共漏 共栅 特点 输入电阻极高 噪声低 热稳定性好 一 直流偏置电路 1 自给偏压电路 栅极电阻RG的作用 1 为栅偏压提供通路 2 泻放栅极积累电荷 源极电阻RS的作用 提供负栅偏压 漏极电阻RD的作用 把iD的变化变为uDS的变化 UGSQ UGQ USQ IDQRS 2 分压式自偏压电路 调整电阻的大小 可获得 UGSQ 0 UGSQ 0 UGSQ 0 例1耗尽型N沟道MOS管 RG 1M RS 2k RD 12k VDD 20V IDSS 4mA UGS off 4V 求iD和uO iG 0 uGS iDRS iD1 4mA iD2 1mA uGS 8V UGS off 增根 uGS 2V uDS VDD iD RS RD 20 14 6 V uO VDD iDRD 20 14 8 V 在放大区 例2已知UGS off 0 8V IDSS 0 18mA 求 Q 解方程得 IDQ1 0 69mA UGSQ 2 5V 增根 舍去 IDQ2 0 45mA UGSQ 0 4V 4 4 2场效应管电路小信号等效电路分析法 小信号模型 从输入端口看入 相当于电阻rgs 从输出端口看入为受ugs控制的电流源 id gmugs 一 场效应管等效电路分析法 例3gm 0 65mA V ui 20sin t mV 求交流输出uo 10k 4k 交流通路 小信号等效电路 ui ugs gmugsRS ugs ui 1 gmRS uo gmuiRD 1 gmRS 36sin t mV 二 性能指标分析 1 共源放大电路 有CS时 无CS时 RS Ri Ro不变 2 共漏放大电路 io Ro 小结 第4章 场效应管 1 分类 按导电沟道分 N沟道 P沟道 按结构分 绝缘栅型 MOS 结型 按特性分 增强型 耗尽型 uGS 0时 iD 0 uGS 0时 iD 0 增强型 耗尽型 耗尽型 2 特点 栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流 输入电阻高 工艺简单 易集成 由于FET无栅极