场效应管放大电路

1 5场效应管放大电路 FundamentalofElectronicTechnology CTGU 2 内容 5 3结型场效应管 JFET 5 1金属 氧化物 半导体 MOS 场效应管 5 2MOSFET放大电路 5 5各种放大器件电路性能比较 5 4砷化镓金属 半导体场效应管 3 要求 掌握场效应管的直流偏置电路及分析 场效应管放大器的微变等效电路分析法 4 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 场效应管分类 5 5 1金属 氧化物 半导体 MOS 场效应管 MOSFET简称MOS管 它有N沟道和P沟道之分 其中每一类又可分为增强型和耗尽型两种 耗尽型 当vGS 0时 存在导电沟道 iD 0 增强型 当vGS 0时 没有导电沟道 iD 0 6 5 1 1N沟道增强型MOSFET 1 结构 P型基底 两个N区 SiO2绝缘层 导电沟道 金属铝 N沟道增强型 7 N沟道耗尽型 予埋了导电沟道 8 P沟道增强型 9 P沟道耗尽型 予埋了导电沟道 10 2 工作原理 JFET是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制 来改变导电沟道的宽窄 从而控制漏极电流的大小 而MOSFET则是利用栅源电压的大小 来改变半导体表面感生电荷的多少 从而控制漏极电流的大小 11 2 工作原理 以N沟道增强型为例 VGS 0时 对应截止区 12 VGS 0时 感应出电子 VT称为开启电压 13 VGS较小时 导电沟道相当于电阻将D S连接起来 VGS越大此电阻越小 14 当VDS不太大时 导电沟道在两个N区间是均匀的 当VDS较大时 靠近D区的导电沟道变窄 15 VDS增加 VGD VT时 靠近D端的沟道被夹断 称为予夹断 16 3 特性曲线 增强型N沟道MOS管 17 输出特性曲线 3 特性曲线 增强型N沟道MOS管 18 转移特性曲线 3 特性曲线 增强型N沟道MOS管 在恒流区 线性放大区 即VGS VT时有 ID0是vGS 2VT时的iD值 19 4 参数 P210表5 1 1列出了MOSFET的主要参数 20 5 1 2N沟道耗尽型MOSFET 耗尽型的MOS管UGS 0时就有导电沟道 加反向电压才能夹断 转移特性曲线 21 输出特性曲线 UGS 0 UGS 0 UGS 0 22 5 2MOSFET放大电路 直流偏置电路 静态工作点 FET小信号模型 动态指标分析 三种基本放大电路的性能比较 5 2 1FET的直流偏置及静态分析 5 2 2FET放大电路的小信号模型分析法 23 1 直流偏置电路 5 2 1FET的直流偏置电路及静态分析 1 自偏压电路 2 分压式自偏压电路 vGS vGS vGS vGS vGS VGS IDR 24 Q点 VGS ID VDS vGS VDS 已知VP 由 VDD ID Rd R iDR 可解出Q点的VGS ID VDS 25 5 2 2FET放大电路的小信号模型分析法 1 FET小信号模型 1 低频模型 26 2 高频模型 27 2 动态指标分析 1 共源电路及其小信号模型 28 2 动态指标分析 中频小信号模型 29 2 动态指标分析 2 中频电压增益 3 输入电阻 4 输出电阻 忽略rD 由输入输出回路得 则 通常 则 30 例5 2 2共漏极放大电路如图示 试求中频电压增益 输入电阻和输出电阻 2 中频电压增益 3 输入电阻 得 解 1 中频小信号模型 由 例题 31 4 输出电阻 所以 由图有 例题 32 3 三种基本放大电路的性能比较 组态对应关系 CE BJT FET CS CC CD CB CG BJT FET CE CC CB CS CD CG 33 3 三种基本放大电路的性能比较 CE CC CB CS CD CG CE CC CB CS CD CG 34 5 3结型场效应管 结构 工作原理 输出特性 转移特性 主要参数 5 3 1JFET的结构和工作原理 5 3 2JFET的特性曲线及参数 35 源极 用S或s表示 N型导电沟道 漏极 用D或d表示 5 3 1JFET的结构和工作原理 1 结构 符号中的箭头方向表示什么 36 2 工作原理 VGS对沟道的控制作用 当VGS 0时 以N沟道JFET为例 当沟道夹断时 对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP 或VGS off 对于N沟道的JFET VP 0 PN结反偏 耗尽层加厚 沟道变窄 VGS继续减小 沟道继续变窄 37 2 工作原理 VDS对沟道的控制作用 当VGS 0时 VDS ID G D间PN结的反向电压增加 使靠近漏极处的耗尽层加宽 沟道变窄 从上至下呈楔形分布 当VDS增加到使VGD VP时 在紧靠漏极处出现预夹断 此时VDS 夹断区延长 沟道电阻 ID基本不变 38 2 工作原理 VGS和VDS同时作用时 当VP VGS 0时 导电沟道更容易夹断 对于同样的VDS ID的值比VGS 0时的值要小 在预夹断处 VGD VGS VDS VP 39 综上分析可知 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电 所以场效应管也称为单极型三极管 JFET是电压控制电流器件 iD受vGS控制 预夹断前iD与vDS呈近似线性关系 预夹断后 iD趋于饱和 为什么JFET的输入电阻比BJT高得多 JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的 因此iG 0 输入电阻很高 40 5 3 2JFET的特性曲线及参数 VP 1 输出特性 输出特性曲线用来描述vGS取一定值时 电流iD和电压vDS间的关系 它反映了漏极电压vDS对iD的影响 即 可变电阻区 栅源电压越负 漏源间的等效电阻越大 输出特性越倾斜 线性放大区 饱和区 恒流区 FET用作放大电路的工作区 击穿区 栅源间的PN结发生雪崩击穿 管子不能正常工作 41 JFET有正常放大作用时 沟道处于什么状态 5 3 2JFET的特性曲线及参数 2 转移特性 VP 在一定的vDS下 vGS对iD的控制特性 实验表明 在VP VGS 0范围内 即饱和区内 有 vDS 10V 42 夹断电压VP 或VGS off 饱和漏极电流IDSS 低频跨导gm 或 漏极电流约为零时的VGS值 在vDS 常数时 iD的微变量和vGS的微变量之比 输出电阻rd 在vGS 0的情况下 当vDS VP 时的漏极电流 IDSS是JFET所能输出的最大电流 反映了vDS对iD的影响 互导反映了栅源电压对漏极电流的控制能力 43 直流输入电阻RGS 在漏源之间短路的条件下 栅源之间加一定电压时的栅源直流电阻就是直流输入电阻RGS 最大漏极功耗PDM 最大漏源电压V BR DS 最大栅源电压V BR GS 发生雪崩击穿 iD开始急剧上升时的vDS值 指输入PN结反向电流开始急剧增加时的vGS值 JFET的耗散功率等于vDS与iD的乘积 PDM受管子最高工作温度的限制 44 结型场效应管的缺点 1 栅源极间的电阻虽然可达107以