场效应管4实用教案

1、NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道沟道(u do)结型场效结型场效应管应管DGS符号符号(fho)栅极上的箭头表示栅极电流的方向（由P区指向N区）。结型场效应管代表符号中栅极上的箭头方向，可以(ky)确认沟道的类型。第1页/共64页第一页，共65页。PNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道沟道(u do)结型场效结型场效应管应管DGS符号符号(fho)第2页/共64页第二页，共65页。第3页/共64页第三页，共65页。2、工作原理、工作原理(yunl)（以（以N沟道为例）沟道为例）vDS=0V时vGSNGSDvDSNNPPiDPN结反偏，vGS越大则耗尽区越宽，导电(dodi

2、n)沟道越窄。vGS0V(1)vGS对导电对导电(dodin)沟道及沟道及iD的控制的控制第4页/共64页第四页，共65页。vDS=0V时NGSDvDSvGSNNiDPPvGS越大耗尽(ho jn)区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当vGS较小时，耗尽区宽度(kund)有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。第5页/共64页第五页，共65页。VDS=0时NGSDVDSVGSPPIDVGS达到(d do)一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使vDS 0V，漏极电流iD=0A。第6页/共64页第六页，共65页。vGS0、vGD=vGS-vDSVP时耗尽(ho jn)区的形

3、状NGSDvDSvGSPPiD越靠近(kojn)漏端，PN结反压越大6V6V0V2V4V 导电沟道中电位分布(fnb)情况 (1)vDS对对iD的影响的影响第7页/共64页第七页，共65页。vGSVp且vDS较大时vGDVP时耗尽(ho jn)区的形状NGSDvDSvGSPPiD沟道(u do)中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。第8页/共64页第八页，共65页。vGSVp vGD=VP时vDS增大(zn d)则被夹断区向下延伸。NGSDvDSvGSPPiD漏端的沟道被夹断(ji dun)，称为予夹断(ji dun)。第9页/共64页第九页，共65页。vGS0时vGS足够大时（vGSVT）感应出

4、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(gnyng)出电子VT称为开启(kiq)电压第30页/共64页第三十页，共65页。vGS较小时，导电(dodin)沟道相当于电阻将D-S连接起来，vGS越大此电阻越小。PNNGSDvDSvGS第31页/共64页第三十一页，共65页。PNNGSDvDSvGS当vDS不太大时，导电沟道在两个N区间(q jin)是均匀的。当vDS较大时，靠近D区的导电(dodin)沟道变窄。第32页/共64页第三十二页，共65页。PNNGSDvDSvGS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(u do)

5、被夹断，称为予夹断。第33页/共64页第三十三页，共65页。三、增强型三、增强型N沟道沟道(u do)MOS管的特管的特性曲线性曲线转移特性转移特性(txng)曲线曲线0iDvGSVT第34页/共64页第三十四页，共65页。输出特性曲线输出特性曲线(qxin)iDv DS0iGS0第35页/共64页第三十五页，共65页。四、耗尽型四、耗尽型N沟道沟道(u do)MOS管的特性曲管的特性曲线线耗尽型的耗尽型的MOS管管vGS=0时就有导电沟道，加反向时就有导电沟道，加反向电压才能电压才能(cinng)夹断。夹断。转移转移(zhuny)特性特性曲线曲线0iDvGSVT第36页/共64页第三十六页，

6、共65页。输出特性曲线输出特性曲线(qxin)iDvDS0vGS=0vGS0第37页/共64页第三十七页，共65页。五、说明(shumng)：（1）MOS管由四种基本类型；（2）MOS管的特性与结型场效应管的特性类似；（3）增强型的MOS管的vGS必须超过一定的值以使沟道形成； 耗尽型的MOS管使形成沟道的vGS可正可负；（4）MOS管的输入阻抗特别高（5）衡量场效应管的放大能力用跨导 单位：msDSGSDmVVIg第38页/共64页第三十八页，共65页。GGSDCGSIVR)(六、六、MOS管的有关管的有关(yugun)问题问题（2）交流参数低频(dpn)跨导：极间电容：栅源电容CGS，栅漏

7、电容CGD，漏源电容CDS（3）极限参数 最大漏极电流IDM，最大耗散功率P0M，漏源击穿电压V(BR)DS栅源击穿电压VBR)GS1、主要参数（1）直流参数开启电压VT指增强型的MOS管夹断电压VP指耗尽型的MOS管零栅压漏极电流IDSS直流输入电阻： 通常(tngchng)很大10101015左右第39页/共64页第三十九页，共65页。三三 极极 管管场场 效效 应应 管管导电机构双极性器件单极性器件导电方式载流子的扩散与漂移漂移控制方式电流控制电压控制类 型NPN 型、PNP 型P、N 沟道，增强、耗尽型放大参数=30100gm=16ms输入电阻1021041071015抗辐射能力差好噪

8、 声大小热稳定性差好制造工艺复杂简单、成本低；便于集成灵活性C、E 不能互换D、S 可以互换六、六、MOS管的有关管的有关(yugun)问题问题2、场效应管与三极管的比较(bjio)第40页/共64页第四十页，共65页。六、六、MOS管的有关管的有关(yugun)问题问题3、使用注意事项（1）结型场效应管的栅源电压不能接反，但可在开路状态下保存；（2）MOS管在不使用时，须将各个电极短接；（3）焊接(hnji)时，电烙铁必须有外接地线，最好是断电后再焊接(hnji)；（4）结型场效应管可用万用表定性检测管子的质量，而MOS管必须用专门的仪器来检测；（5）若用四引线的场效应管，其衬底引线应正确连

9、接；第41页/共64页第四十一页，共65页。vGSiD0vDS:N沟道沟道(u do)加正压加正压 P沟道沟道(u do)加负压加负压各种场效应管的转移(zhuny)特性和输出特性对比 (a)转移(zhuny)特性IDSSVPIDSSN沟道(u do)JFETN沟道增强MOSVTN沟道耗尽MOSP沟道耗尽MOSP沟道增强MOSVTP沟道JFETIDSSVPVPVP第42页/共64页第四十二页，共65页。各种( zhn)场效应管的转移特性和输出特性对比 (b)输出特性结型vGS和vDS相反增强型vGS同vDS同极性耗尽(ho jn)型vGS任意第43页/共64页第四十三页，共65页。 极 性放大

10、区条件vDSN沟道管：正极性(vDS0)vDSvGSVP0P沟道管：负极性(vDS0)vDSVGSVPVP(或VT)P沟道管：vGSVP(或VT)FET放大偏置(pin zh)时vDS与vGS应满足的关系 第44页/共64页第四十四页，共65页。 5.4场效应管放大场效应管放大(fngd)电电路路(1) 静态：适当(shdng)的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。 (2) 动态：能为交流信号(xnho)提供通路。组成原则：静态分析：静态分析：估算法、图解法。动态分析：动态分析：微变等效电路法。分析方法： 场效应管是电压控制器件。它利用栅源电压来控制漏极电流的变化。

11、它的放大作用以跨导来体现，在场效应管的漏极特性的水平部分，漏极电流iD的值主要取决于vGS，而几乎与vDS无关。第45页/共64页第四十五页，共65页。1、自偏压、自偏压(pin y)电路电路2、分压式自偏压、分压式自偏压(pin y)电路电路SV GSVGVDDg2g1g2VRRR RID Rg：使g与地的直流电位几乎相同（因上无电流）。R：当IS流过R时产生直流压降ISR，使S对地有一定(ydng)的电压：VGS=ISR=IDR05.4.1场效应管的直流偏置电路及静态分析场效应管的直流偏置电路及静态分析1. 直流偏置电路直流偏置电路VDDRdR-Rg+vGSiD-viC1+CSC2-+RL

12、voVDD=18VRCRg1RdRg3Rg22M47k10M30k2kT+Cb2Cb147u4.7u0.01u第46页/共64页第四十六页，共65页。Q点：点：VGS 、ID 、VDSVGS =2PGSDSSD)1 (VVIIVDS =已知已知VP ，由，由VDD- ID (Rd + R )- IDR可解出可解出Q点的点的VGS 、 ID 、 VDS 静态静态(jngti)工作点工作点以自偏压(pin y)电路为例(1) 近似近似(jn s)估算法估算法 Cb10.01u4.7uCb2VDD=18VRCRdRg10M30k2kT+47u+-gsdvivo第47页/共64页第四十七页，共65页。

13、2PGSDSSD)1 (VVIIVDS = VDD- ID (Rd + R )RIRRVRVDggDDgGS212VP=-1V IDSS=0.5mAID=0.5mA(1+0.4-2ID)2ID=(0.95+0.64, 0.95-0.64)mAIDVGS则：则：VG VS而：而：IG=0所以所以(suy)：voVDD=20VRSviCSR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kV5212DDGVRRRVmA5 . 0SGSSDRVRVIV10)(DSDDDDSRRIVV例例5.1第54页/共64页第五十四页，共65页。VDD=20VvoRSviCSR1RDRGR2RL150k

14、50k1M10k10kGDS10k二、动态分析二、动态分析微变等效电路微变等效电路gsivv )/(LDgsmoRRvgvLmiovRgvvA21/ RRRRGiM0375.1Ro=RD=10kR2R1RGvi+-sggsvdgsmvgRLRLRDvo-+第55页/共64页第五十五页，共65页。VDD=20VvoRSviR1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kCS微变等效电路微变等效电路SgsmgsiRvgvv)/(LDgsmoRRvgvSgsmgsLgsmiovRvgvRvgvvA21/ RRRRGiM0375.1Ro=RD=10kR2R1RGvi+-sggsvdgsm

15、vgRLRLRDvo-+RSSmLmRgRg1第56页/共64页第五十六页，共65页。共漏极放大器共漏极放大器源极输出源极输出(shch)器器vo+VDDRSviC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、静态一、静态(jngti)分析分析VSVGmA5 . 0SGSSDRVRVIVDS=VDD- VS =20-5=15VV5211DDGVRRRV第57页/共64页第五十七页，共65页。vo+VDDRSviC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2GLgsmgsLgsmiovRvgvRvgvvA11LmLmRgRg二、动态分析二、动态分析21/RRRRGiM0375.

16、1RiRo Ro gR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路第58页/共64页第五十八页，共65页。输出电阻输出电阻 Ro加压求流法加压求流法mgsmgsdogvgvivRT1SooRRR/TvTidigd微变等效电路微变等效电路Ro Ro R2R1RGsRSgsvgsmvg第59页/共64页第五十九页，共65页。微变等效电路共栅放大器共栅放大器动态分析动态分析EDRESRdRLuigmugsgduiRdRLsRI总IiRgRIVmii1RgRIVRmiii11 、电压放大(fngd)倍数Vo=Id=gmVgsLRVi=VgsLR Av=Vo/Vi =gm2、输入电阻 Vi=I总R=(

17、Ii+gmVgs)R =(IigmUi)R得3、输出电阻 Ro= Rd第60页/共64页第六十页，共65页。CE / CB / CCCE / CB / CC CS / CG / CDCS / CG / CDRi CS：Rg1 / Rg2CD：Rg+ (Rg1 / Rg2 )CG：R/(1/gm)/(1Re/r:CB R)1 (r/R:CCr/R:CEbeLbebbebRo cs/bbeecR CB1RR+r/R CCRCE：CS：RdCD：R/(1/gm)CG：RdbeLvLbeLvbeLvrRA:CBR)1 (rR)1 (A:CCrRA:CELmvLmLmvLmvRgA:CGRg1RgA:C

18、DRgA:CSvA第61页/共64页第六十一页，共65页。场效应管放大电路(dinl)小结(1) 场效应管放大器输入电阻很大。场效应管放大器输入电阻很大。(2) 场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器(漏极输出漏极输出(shch)输入输出输入输出(shch)反相，电压放大倍数大反相，电压放大倍数大于于1；输出；输出(shch)电阻电阻=RD。(3) 场效应管源极跟随器输入输出场效应管源极跟随器输入输出(shch)同同相，电压放大倍数小于相，电压放大倍数小于1且约等于且约等于1；输出；输出(shch)电阻小。电阻小。第62页/共64页第六十二页，共65页。在T1 位置上画出合适的FET；若T1的漏极电位(din wi)VD= 14V，其gm = 3ms，求T1的静态值ID、VDS、VGS？若T2的 = 50，VBE = 0.6 V，求T2的静态值IB、IC、VCE？画出微变等效电路，并求AV、Ri、RO。两级电压(diny)放大电路如下图所示。第63页