模电课件第5章PPT课件

1、15.3 结型场效应管结型场效应管(JFET)5.1 金属金属-氧化物氧化物-半导体半导体(MOS)场效应管场效应管5.2 MOSFET放大电路放大电路5.5 各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较*5.4 砷化镓金属砷化镓金属-半导体场效应管半导体场效应管第1页/共45页2q 掌握场效应管的直流偏置电路及分析；掌握场效应管的直流偏置电路及分析；q 场效应管放大器的微变等效电路分析场效应管放大器的微变等效电路分析法。法。第2页/共45页3N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）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)场效应管分类：第3页/共45页

2、45.1 金属氧化物半导体金属氧化物半导体 （MOSMOS）场效应管）场效应管MOSFETMOSFET简称MOSMOS管，它有N N沟道和P 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vGS0时，存在导电沟道，iD 0。增强型：当vGS0时，没有导电沟道，iD0。第4页/共45页55.1.1 N N沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFET1 1结构PNNGSDP型基底型基底两个两个N区区SiO2绝缘层绝缘层导电沟道导电沟道金属铝金属铝GSDN沟道增强型沟道增强型第5页/共45页6N 沟道耗尽型PNNGSD予埋了导电沟道 GSD第6页/共45页7NPPGSDGSDP 沟道增

3、强型第7页/共45页8P 沟道耗尽型NPPGSDGSD予埋了导电沟道 第8页/共45页92 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。第9页/共45页102 2工作原理（以N 沟道增强型为例）PNNGSDVDSVGSVGS=0时D-S 间相当于两个反接的PN结ID=0对应截止区第10页/共45页11PNNGSDVDSVGSVGS0时VGS足够大时（VGSVT）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。感应出电子VT称为开启电压

4、第11页/共45页12VGS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。PNNGSDVDSVGS第12页/共45页13PNNGSDVDSVGS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。第13页/共45页14PNNGSDVDSVGS夹断后，即使VDS 继续增加，ID仍呈恒流特性。IDVDS增加，VGD=VT 时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。第14页/共45页153 3特性曲线（增强型N沟道MOS管）第15页/共45页16输出特性曲线3 3特性曲线（增强型N沟道MOS管）可变电阻区击穿区IDU DS0UGS=5V4V-3V3

5、V-5V线性放大区第16页/共45页17转移特性曲线3 3特性曲线（增强型N沟道MOS管）0IDUGSVT在恒流区（线性放大区，即VGSVT时有：201 PGSDDVvIiID0是vGS=2VT时的iD值。第17页/共45页184 4参数P P210210表5.1.15.1.1列出了MOSFETMOSFET的主要参数。第18页/共45页195.1.2 N N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFET耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，加反向时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。电压才能夹断。转移特性曲线0IDUGSVT第19页/共45页20输出特性曲线IDU DS0UGS=0U

6、GS0第20页/共45页215.2 MOSFET放大电路放大电路 直流偏置电路直流偏置电路 静态工作点静态工作点 FET小信号模型小信号模型 动态指标分析动态指标分析 三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较5.2.1 FET的直流偏置及静态分析的直流偏置及静态分析5.2.2 FET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法 第21页/共45页221. 直流偏置电路直流偏置电路5.2.1 FET的直流偏置电路及静态分析的直流偏置电路及静态分析（1）自偏压电路偏压电路（2）分压式自偏压电路偏压电路vGSvGSvGSvGSvGSVGS =- IDRSV GSVGVDDg2g1

7、g2VRRR RID 第22页/共45页232. 静态工作点静态工作点Q点：VGS 、ID 、VDSvGS =2PGSDSSD)1(VvIi VDS =已知VP ，由VDD- ID (Rd + R )- iDR可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS 第23页/共45页245.2.2 FET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法1. FET小信号模型小信号模型 （1）低频模型第24页/共45页25（2）高频模型1. FET小信号模型小信号模型 第25页/共45页262. 动态指标分析动态指标分析 （1 1）共源电路及其小信号模型第26页/共45页272. 动态指标分析动态指标分析

8、 中频小信号模型：第27页/共45页282. 动态指标分析动态指标分析 （2）中频电压增益（3）输入电阻（4）输出电阻忽略 rD iVgsVRVggsm )1(mgsRgV oVdgsmRVg mVARgRgmdm1 /iiRR 由输入输出回路得则giiIVR )/(g2g1g3RRR )/()1(g2g1g3mgsgsRRRRgrr 通常则)/(g2g1g3iRRRR doRR Rgrr)1(mgsgs gsgsgsmgsgsgs)(rVRVgrVV 第28页/共45页29 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 iVgsV

9、)/(LgsmRRVg )/(1LmgsRRgV oV)/(LgsmRRVg mVA)/(1)/(LmLmRRgRRg 得)/(g2g1g3iRRRR 解：解：（1 1）中频小信号模型由ioVV1 例题例题第29页/共45页30（4 4）输出电阻 TIRIgsmVg RVT gsVTV oRm11gR 所以由图有TTIVgsmVg m1/gR 例题例题第30页/共45页313. 三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较组态对应关系：CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET电压增益：电压增益：beLc)/(rRR )/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(

10、rRR CE：CC：CB：)/(LdmRRg )/(1)/(LmLmRRgRRg )/(LdmRRgCS：CD：CG：第31页/共45页32beb/rR输出电阻：输出电阻：cR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRR 1/beerRcR3. 三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较BJTFET输入电阻：输入电阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：)/(g2g1g3RRR m1/gR)/(g2g1g3RRR CE：CC：CB：CS：CD：CG：dRm1/gRdR第32页/共45页335.3 结型场效应管结型场效应管 结构结构 工作原理工作原理 输出特性输出特

11、性 转移特性转移特性 主要参数主要参数 5.3.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 5.3.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 第33页/共45页34 源极源极，用S或s表示N型导电沟道漏极漏极，用D或d表示 P型区P型区栅极，用G或g表示栅极，用G或g表示符号符号5.3.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理1. 结构结构 第34页/共45页352. 工作原理工作原理 VGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当VGS0时（以（以N沟道沟道JFET为例）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

12、。PN结反偏耗尽层加厚沟道变窄。 VGS继续减小，沟道继续变窄第35页/共45页362. 工作原理工作原理 VDS对沟道的控制作用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基本不变第36页/共45页372. 工作原理工作原理 VGS和和VDS同时作用时同时作用时当VP VGS|V|VP P| |时的漏极电流。I IDSSDSS是JFETJFET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

13、极电流的控制能力。第41页/共45页423. 主要参数主要参数 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R RGSGS。 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、i iD D开始急剧上升时的v vDSDS值。指输入PNPN结反向电流开始急剧增加时的v vGSGS值。JFETJFET的耗散功率等于v vDSDS与i iD D的乘积。P PDMDM受管子最高工作温度的限制。第42页/共45页43 结型场效应管的缺点：1. 栅源极间的电阻虽然可达栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在以上，但在某些场合仍嫌不够高。某些场合仍嫌不够高。3. 栅源极间的栅源极间的PN结加正向电压时，将出现结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很