场效应管超详细分析PPT课件

3场效应晶体管及其放大电路,三极管的主要特点：,1.电流控制型器件。,2.输入电流大，输入电阻小。,3.两种极型的载流子都参与导电，又称为双极型晶体管，简称BJT（BipolarJunctionTransistor)。,场效应管，简称FET(FieldEffectTransistor)，其主要特点：,(a)输入电阻高，可达1071015W。,(b)起导电作用的是多数（一种）载流子，又称为单极型晶体管。,(c)体积小、重量轻、耗电省、寿命长。,(d)噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单。,(e)在大规模集成电路制造中得到了广泛的应用。,1.结型场效应管，简称JFET(JunctionFieldEffectTransistor),场效应管按结构可分为：,场效应管的类型：,2.绝缘栅型场效应管，简称IGFET(IsolatedGateFieldEffectTransistor),3.1结型场效应管,3.1.1结型场效应管的结构和类型,N沟道JFET结构示意图,P+,P+,形成SiO2保护层,以N型半导体作衬底,漏极D（drine),源极S（source),栅极G（gate),N型导电沟道,符号,称为N沟道JFET,符号,P沟道JFET结构示意图,N沟道结型场效应管,P沟道结型场效应管,3.1.2结型场效应管的工作原理,电路图,1uDS=0时，uGS对沟道的控制作用,a当uGS=0时,沟道无变化,bUGS(off)uGSuGS=UGS(off),+,当uDS=0时，uGS对沟道的控制作用动画演示,2当uGS=0时，uDS对沟道的控制作用,a0UGS(th）,uDS0时.,uDS,(b)沿沟道有电位梯度,(a)漏极电流iD0uDS增大，iD增大。,uDS,(b)沿沟道有电位梯度,3当uGSUGS(th）,uDS0时.,(c)不同点的电场强度不同,左高右低,(a)漏极电流iD0uDS增大，iD增大。,uDS,(d)沟道反型层呈楔形,(b)沿沟道有电位梯度,3当uGSUGS(th）,uDS0时.,(c)不同点的电场强度不同,左高右低,(a)漏极电流iD0uDS增大，iD增大。,a.uDS升高,沟道变窄,uDS,反型层变窄,b.当uGD=uGS-uDS=UGS(th）时,uDS,沟道在漏极端夹断,(b)管子预夹断,(a)iD达到最大值,c.当uDS进一步增大,(a)iD达到最大值且恒定,uDS,uDS,沟道夹断区延长,(b)管子进入恒流区,增强型NMOS管工作原理动画演示,2伏安特性与参数,a输出特性,可变电阻区,放大区,截止区,输出特性曲线,(1)可变电阻区,a.uDS较小，沟道尚未夹断,b.uDSuGS-|UGS(th)|,c.管子相当于受uGS控制的压控电阻,各区的特点：,可变电阻区,2,4,0,6,10,20,(2)放大区(饱和区、恒流区),a.沟道予夹断,c.iD几乎与uDS无关,d.iD只受uGS的控制,b.uDSuGS-|UGS(th)|,截止区,a.uGSUGS(th),(3)截止区,b.沟道完全夹断,c.iD=0,管子工作于放大区时函数表达式,b转移特性曲线,式中，K为与管子有关的参数,例图示为某一增强型NMOS管的转移特性。试求其相应的常数K值。,解由图可知，该管的,UGS（th）=2V,当UGS=8V时，ID=2mA,故,3.2.2耗尽型MOS管,1.MOS管结构示意图,绝缘层中渗入了正离子,出现反型层,形成导电沟道,导电沟道增宽,a.,导电沟道变窄,b.,耗尽型MOS管可以在uGS为正或负下工作。,2伏安特性与参数,a输出特性曲线,b转移特性曲线,函数表达式,工作于放大区时,增强型与耗尽型管子的区别：,耗尽型：,增强型：,当时，,当时，,MOSFET符号,增强型,耗尽型,JFET符号,场效应管的特点（与双极型三极管比较）,（1）场效应管是一种电压控制器件，即通过uGS来控制iD；,双极型三极管是一种电流控制器件，即通过iB来控制iC,（2）场效应管的输入端电流几乎为零，输入电阻非常高。,双极型三极管的发射结始终处于正向偏置，有一定的输入电流，基极与发射极间的输入电阻较小。,（4）场效应管具有噪声小、受辐射的影响小、热稳定性较好，且存在零温度系数工作点。,（3）场效应管是利用多数（一种极性）载流子导电的。,在双极型三极管中二种极性的载流子（电子和空穴）同时参与了导电。,（5）场效应管的结构对称，有时（除了源极和衬底在制造时已连在一起的MOS管）漏极和源极可以互换使用，且各项指标基本不受影响，使用方便、灵活。,（6）场效应管制造工艺简单，有利于大规模集成。,每个MOS场效应管在硅片上所占的面积只有双极性三极管5%。,（7）场效应管的跨导小，当组成放大电路时，在相同的负载电阻下，电压放大倍数比双极性三极管低。,（8）由于MOS管的输入电阻高，由外界感应产生的电荷不易泄露，而栅极上的绝缘层又很薄，这将在栅极上产生很高的电场强度，以致引起绝缘层的击穿而损坏管子。,2.绝缘栅场效应管的栅极为什么不能开路？,思考题,1.试比较三极管和场效应管的异同点。,3.3场效应管放大电路,3.3.1场效应管的偏置及其电路的静态分析,1自给偏压,IDQ,USQ=IDQRS,UGSQ=-IDQRS,(1)电路,(2)自给偏压原理,(3)静态分析,a.方法一：图解法,(a)列写输出回路方程,(c)作图,(b)列写输入回路方程,a,b,c,d,e,a,b,c,d,e,IDQ,M,N,Qo,UDSQ,Qi,UGSQ,作输出回路直流负载线,作控制特性,作输入回路直流负载线,b.方法二：估算法,输入回路方程,当管子工作于放大区时,两式联立可求得IDQ,由此可得,例在图示电路其中，VDD=18V、RD=3k、RS=1k、RG=1M，FET的IDSS=7mA、UGS(off)=8V。试求UGSQ、IDQ和UDSQ。,UGSQ=2.9V,解,由,2分压式偏置,图中,(1)电路,(2)静态分析,故,分压式偏置:增强型、耗尽型,两种偏置电路适用的FET：,自给偏压：耗尽型,3信号的输入和输出,常用的耦合方式,一种典型的阻容耦合共源极放大电路,3.3.2场效应管的微变等效电路,由场效应管工作原理知：,iD=f(uGS、uDS),iG=0,对iD全微分,rds为FET共源极输出电阻,故,或者,3.3.3场效应管组成的三种基本放大电路,1共源极放大电路,微变等效电路,由图可知,式中,a.求电压放大倍数,由图可知,b.求输入电阻Ri,根据输出电阻的定义：,由图可知,画出求输出电阻的等效电路,c.求输出电阻Ro,2.共漏极放大电路,微变等效电路,由图可知,式中,a.求电压放大倍数,输入电阻,b.求输入电阻Ri,c.求输出电阻Ro,由图可知,故电路的输出电阻,3.共栅极放大电路,微变等效电路,a.求电压放大倍数,故,由于,b.求输入电阻Ri,故,c.求输出电阻Ro,画出求Ro的等效电路,1.比较共源极场效应管放大电路和共发射极晶体管放大电路，在电路结构上有何相似之处？为什么前者的输入电阻较高？2.为什么增强型绝缘栅场效应管放大电路无法采用自给偏置？,思考题,例1在图示电路中:（1）如果电路输入、输出电压的波形分别如图(a)、(b)所示。试问该电路的静态工作点可能处于或靠近哪个区？（2）已知T工作于放大区及IDQ，RG1和RG2，求RS。（3）在线性放大条件下，写出电路的Au、Ri及Ro的表达式。,练习题,解：由图可知，该电路是一由N型沟道增强型MOS场效应管组成