ch场效应管放大电路PPT学习教案

1、会计学1ch场效应管放大电路场效应管放大电路2021-12-82只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制电流的三极管，称为电流的三极管，称为场效应管场效应管，也称，也称单极型三极管。单极型三极管。场效应管分类场效应管分类结型结型场效应管场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管特点特点单极型器件单极型器件( (一种载流子导电一种载流子导电) )； 输入电阻高；输入电阻高；工艺简单、易集成、功耗小、体积小、工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。成本低。第1页/共41页2021-12-83N沟道沟道P沟道沟道增强增强型型耗尽耗尽型型N沟道沟道P沟道沟道

2、N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)场效应管场效应管分类：分类：第2页/共41页2021-12-84DSGN符符号号一、结构一、结构图图 4.1.1N 沟道结型场效应管结构图沟道结型场效应管结构图N型型沟沟道道N型硅棒型硅棒栅极栅极源极源极漏极漏极P+P+P 型区型区耗尽层耗尽层( (PN 结结) )导电沟道是导电沟道是 N 型的，型的，称称 N 沟道结型场效应管沟道结型场效应管。第3页/共41页2021-12-85P 沟道结型场效应管沟道结型场效应管图图 4.1.2P 沟道结型场效应管结构图沟道结型场效应管结

3、构图N+N+P型型沟沟道道GSD P 沟道结型场效应管沟道结型场效应管是在是在 P 型硅棒的两侧做成型硅棒的两侧做成高掺杂的高掺杂的 N 型区型区( (N+) )，导电沟道为导电沟道为 P 型型，多数载，多数载流子为空穴。流子为空穴。符号符号GDS第4页/共41页2021-12-86 以以N 沟道沟道结型场效应管为例：结型场效应管为例： 通过改变通过改变 UGS 大小来控制漏极电流大小来控制漏极电流 ID 。GDSNN型型沟沟道道栅极栅极源极源极漏极漏极P+P+耗尽层耗尽层*在栅极和源极之间在栅极和源极之间加反向电压，耗尽层会加反向电压，耗尽层会变宽，导电沟道宽度减变宽，导电沟道宽度减小，使沟

4、道本身的电阻小，使沟道本身的电阻值增大，漏极电流值增大，漏极电流 ID 减减小。小。 *耗尽层的宽度改变耗尽层的宽度改变主要在沟道区。主要在沟道区。二、工作原理二、工作原理第5页/共41页2021-12-871. 设设UDS = 0 ，在栅源之间加负电源在栅源之间加负电源 VGG，改变改变 VGG 大小。观察耗尽层的变化。大小。观察耗尽层的变化。ID = 0GDSN型型沟沟道道P+P+( (a) ) UGS = 0UGS = 0 时，耗时，耗尽层比较窄，导尽层比较窄，导电沟比较宽电沟比较宽UGS 由零逐渐增大，由零逐渐增大，耗尽层逐渐加宽，导耗尽层逐渐加宽，导电沟相应变窄。电沟相应变窄。当当

5、UGS = UP，耗尽层合耗尽层合拢，导电沟被夹断，夹拢，导电沟被夹断，夹断电压断电压 UP 为负值。为负值。ID = 0GDSP+P+N型型沟沟道道 ( (b) ) UGS 0，在，在栅源间加负栅源间加负电源电源 VGG，观察观察 UGS 变化时耗尽层和漏极变化时耗尽层和漏极 ID 。UGS = 0，UGD UP ，ID 较大。较大。GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS UP ，ID 更小。更小。GDSNISIDP+P+VDD注意：当注意：当 UDS 0 时，耗尽层呈现楔形。时，耗尽层呈现楔形。( (a) )( (b) )第7页/共41页2021-12-89GDSP+NISIDP+

6、P+VDDVGGUGS 0,UGD = UP, 预夹断预夹断UGS 0 ,UGD 0P 型衬底型衬底N+N+BGSD P型衬底中靠近栅极的型衬底中靠近栅极的空穴被排斥，空穴被排斥，产生由负离子产生由负离子组成的耗尽层，同时组成的耗尽层，同时电子被电子被吸引，汇集到表面。吸引，汇集到表面。VGG ( (3) ) UDS = 0，UGS 继续增大继续增大增大增大 UGS 耗尽层变宽。由耗尽层变宽。由于吸引了足够多的电子，于吸引了足够多的电子，形成可移动的表面电荷层形成可移动的表面电荷层 反型层、反型层、N 型导电沟道。型导电沟道。 N 型沟道型沟道UGS 升高，升高，N 沟道变宽。因为沟道变宽。因

7、为 UDS = 0 ，所以所以 ID = 0。UT 为开始形成反型层所需的为开始形成反型层所需的 UGS，称称开启电压开启电压。第19页/共41页2021-12-821( (4) ) UDS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响 ( (UGS UT) )导电沟道呈现一个楔形。导电沟道呈现一个楔形。漏极形成电流漏极形成电流 ID 。b. UDS= UGS UT， UGD = UT靠近漏极沟道达到临界开靠近漏极沟道达到临界开启程度，出现预夹断。启程度，出现预夹断。c. UDS UGS UT， UGD UT由于夹断区的沟道电阻很大，由于夹断区的沟道电阻很大，UDS 逐渐增大时，导电逐渐增大时，导电沟道两

8、端电压基本不变，沟道两端电压基本不变，ID 因而基本不变。因而基本不变。a. UDS UTP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区夹断区第20页/共41页2021-12-822DP型衬底型衬底N+N+BGSVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区夹断区图图 4.1.11UDS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响( (a) ) UGD UT( (b) ) UG D = UT( (c) ) UGD UGS UT时，对应于不同的时，对应于不同的

9、uGS就有一个确定的就有一个确定的iD 。此时，此时， 可以把可以把iD近似看成是近似看成是uGS控制的电流源。控制的电流源。第21页/共41页2021-12-8233. 特性曲线特性曲线( (a) )转移特性转移特性( (b) )漏极特性漏极特性ID/mAUDS /VOTGSUU 预夹断轨预夹断轨迹迹恒流恒流区区击穿区击穿区 可变可变电阻电阻区区UGS UT 时时) )三个区：可变电阻区、三个区：可变电阻区、恒流区恒流区( (或饱和区或饱和区) )、击穿击穿区。区。UT 2UTIDOUGS /VID /mAO图 1.4.12 (a)图 1.4.12 (b)第22页/共41页2021-12-8

10、24同同JFET基本相同。基本相同。注意：在增强型管子中，不用夹断电压注意：在增强型管子中，不用夹断电压UP，而，而是用开启电压是用开启电压UT表征管子的特性。表征管子的特性。第23页/共41页2021-12-825第24页/共41页2021-12-8264.3.2 N 沟道耗尽型沟道耗尽型 MOSFETP型衬底型衬底N+N+BGSD+制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子，制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子，这些正离子电场在这些正离子电场在 P 型衬底中型衬底中“感应感应”负电荷，形成负电荷，形成“反反型层型层”。即使。即使 UGS = 0 也会形成也会形成 N 型导电沟道。

11、型导电沟道。+ UGS = 0，UDS 0，产生产生较大的漏极电流；较大的漏极电流； UGS 0，绝缘层中正离绝缘层中正离子感应的负电荷减少，导电子感应的负电荷减少，导电沟道变窄，沟道变窄，ID 减小；减小； UGS =UP , 感应电荷被感应电荷被“耗尽耗尽”，ID 0。UP 称为夹断电压称为夹断电压图图 4.1.13第25页/共41页2021-12-827第26页/共41页2021-12-828绝缘栅场效应管N沟沟道道耗耗尽尽型型P 沟沟道道耗耗尽尽型型第27页/共41页2021-12-8291. 1. 直流偏置电路直流偏置电路4.4.1 FET的直流偏置电路及静态分析的直流偏置电路及静态

12、分析（1）自）自偏压电路偏压电路（2）分压式自）分压式自偏压电路偏压电路vGSvGSvGSvGSvGSvGS =- iDRSV GSVGVDDg2g1g2VRRR+ + RID 4.4 4.4 场效应管放大电路场效应管放大电路第28页/共41页2021-12-830 根据直流通路的画法：电容视为开路；信号源短路直流通路如图所示。由此列输入回路电压方程根据直流通路的画法：电容视为开路；信号源短路直流通路如图所示。由此列输入回路电压方程：Q点：点：VGS 、ID 、VDSvGS =2PGSDSSD)1(VvIi VDS =已知已知VP ，由，由VDD- ID (Rd + R )- iDR可解出可解

13、出Q点的点的VGS 、 ID 、 VDS RgUGSQUDSQ2 2、自偏压电路静态工作点求解、自偏压电路静态工作点求解第29页/共41页2021-12-8313. 分压式偏置电路的工作点求解分压式偏置电路的工作点求解共源分压式偏置放大电路共源分压式偏置放大电路画出直流通路画出直流通路第30页/共41页2021-12-832和和得：得：电流方程：电流方程： 联解上面两式并舍去联解上面两式并舍去不合理不合理的一组解，可求得的一组解，可求得UGSQ和和IDQ 列输出回路电压方程：列输出回路电压方程： 求得：求得： 由输入回路电压方程：由输入回路电压方程：2PGSDSSD)1 (VvIi 第31页/

14、共41页2021-12-8334.4.2 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 低频模型低频模型第32页/共41页2021-12-834（2）高频模型）高频模型第33页/共41页2021-12-8352. 动态指标分析 （1 1）中频小信号模型）中频小信号模型第34页/共41页2021-12-836（2）中频电压增益）中频电压增益（3）输入电阻）输入电阻（4）输出电阻）输出电阻忽略忽略 rD iVgsVRVggsm+ +)1(mgsRgV+ + oVdgsmRVg mVARgRgmdm1+ + /iiRR 由输入输出回路得由输入输出回路得则

15、则giiIVR )/(g2g1g3RRR+ +)/()1(g2g1g3gsmRRRrRg+ + + +通常通常则则)/(g2g1g3iRRRR+ + doRR gsm)1(rRg+ + ggsmgsIRVgV+ + 第35页/共41页2021-12-837 例例4.4.2 共共漏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。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）中频电压增益（3）输入电阻）输入电阻 iVgsV)/(LgsmRRVg+ + )/(1LmgsRRgV+ + oV)/(LgsmRRVg mVA)/(1)/(LmLmRRgRRg+ +

16、得得)/(g2g1g3iRRRR+ + 解：解：（1 1）中频小信号模型）中频小信号模型由由ioVV1 第36页/共41页2021-12-838（4 4）输出电阻）输出电阻 TIRIgsmVg RVT gsVTV oRm11gR+ + 所以所以由图有由图有TTIVgsmVg m1/gR 第37页/共41页2021-12-8394.5 各种放大电路的性能比较各种放大电路的性能比较组态对应关系：组态对应关系：CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET电压增益：电压增益：beLc)/(rRR )/)(1()/()1(LebeLeRRrRR + + + + +beLc)/(rRR CE：CC：C

17、B：)/(LdmRRg )/(1)/(LmLmRRgRRg+ +)/(LdmRRgCS：CD：CG：反相电压放大器反相电压放大器电压跟随器电压跟随器电流跟随器电流跟随器第38页/共41页2021-12-840beb/rR输出电阻：输出电阻：cR )/)(1(/LebebRRrR + + + + + +1)/(/bebserRRR + +1/beerRcRBJTFET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39页/共41页2021-12-8411.FET1.FET的的s s、g g、d d分别对应于分别对应于BJTBJT的的e e、b b、c c，它们的作用相似。，它们的作用相似。2.FET2.FET是电压控制电流器件，是电压控制电流器件，FETFET栅极基本上不取用电流，而栅极基本上不取用电流，而BJTBJT工作时基极要取一定的电流。所以在只允许从信号源取极小量电流的情况下，应选用取工作时基极要取一定的电流。所以在只允许从信号源取极小量电流的情况下，应选用取FETFET；而在允许取一定量电流时，选用；而