第3章场效应管及其放大电路 ppt课件

1、主讲：王彦武汉铁路职业技术学院二00七年四月第第3 3章章 场效应管放大电场效应管放大电路路 本章主要内容：3.1 绝缘栅场效应管 3.2 结型场效应管 3.3 场效应管的比较 3.4 场效应管的主要参数及运用本卷须知 3.5 场效应管放大电路 3.6 本章小结 3.1 3.1 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管）沟道（）沟道（耗尽型）沟道（）沟道（增强型）绝缘栅（沟道沟道）结型（）场效应管（PMOSPNMOSNPMOSPNMOSNMOSFETPNJFETFET场效应管的分类：3.1 3.1 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管 3.1.1 N沟道加强型MOS管 3.1.2 N沟道耗尽型MOS管3.1.1

2、N3.1.1 N沟道加强型沟道加强型MOSMOS管管一、构造及符号 N沟道加强型MOS管的构造表示图3.1.1 N3.1.1 N沟道加强型沟道加强型MOSMOS管管 加强型MOS管的电路符号3.1.1 N3.1.1 N沟道加强型沟道加强型MOSMOS管管二、任务原理 N沟道加强型MOS管的根本任务原理 3.1.1 N3.1.1 N沟道加强型沟道加强型MOSMOS管管由上图可以得出结论:1UGS对沟道的影响 UGS0时，导电沟道不存在， ID=0 ；UGS UT时，导电沟道不存在， ID=0；UGS UT时，导电沟道存在， ID0；3.1.1 N3.1.1 N沟道加强型沟道加强型MOSMOS管管

3、2ID与UGS、UDS之间的关系 在满足UGSUT，且UGS为某一固定值的条件下： 当UDS较小UGSUDSUT时，沟道存在，ID随UDS线性变化。 当UDS较大UGSUDSUT时，沟道预夹断，ID几乎不随UDS变化。3.1.1 N3.1.1 N沟道加强型沟道加强型MOSMOS管管三、特性曲线 1转移特性曲线 所谓转移特性曲线，就是输入电压uGS对输出电流iD的控制特性曲线。3.1.1 N3.1.1 N沟道加强型沟道加强型MOSMOS管管2输出特性曲线 输出特性是表示在UGS一定时，iD与uDS之间的关系，是所表示的关系曲线.3.1.1 N3.1.1 N沟道加强型沟道加强型MOSMOS管管在输

4、出曲线中：截止区条件：UGSUT时对应的区域。特点：无导电沟道，iD0，截止形状。可变电阻区条件：UGSUDSUT。特点： UGS一定时， iD与u DS呈现线性关系；改动UGS，即改动线性电阻大小。 恒流区条件：UGSUT，且UGSUDSUT。特点：曲线呈近似程度，uDS对iD的影响很小。 3.1.2 N3.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOS管管N沟道耗尽型MOS管的构造表示图与电路符号 一、构造及符号3.1.2 N3.1.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOS管管 N沟道耗尽型MOS管的特性曲线 二、特性曲线3.2 3.2 结型场效应管结型场效应管 (JFET) (JFET) 3.

5、2.1 JFET3.2.1 JFET构造和符号构造和符号 3.2.2 JFET3.2.2 JFET的任务原理的任务原理 3.2.3 JFET3.2.3 JFET伏安特性曲线伏安特性曲线 3.2.1 JFET3.2.1 JFET的构造与符号的构造与符号一、构造及符号N沟道结型场效应管的构造表示图和符号 3.2.1 JFET3.2.1 JFET的构造与符号的构造与符号 P沟道结型场效应管的构造表示图和符号 3.2.2 JFET3.2.2 JFET的任务原理的任务原理一、 UGS对ID的控制造用 UGS对ID的控制造用原理图3.2.2 JFET3.2.2 JFET的任务原理的任务原理1UGS=0时，

6、沟道存在且很宽。 2UPUGS0时，沟道存在但变 窄，沟道电阻增大。 3UGS UP时，沟道夹断。由上图可得：3.2.2 JFET3.2.2 JFET的任务原理的任务原理 改动栅源电压UGS的大小，可以有效地控制沟道电阻的大小。 假设在漏源间加上固定电压UDS，那么漏极到源极的电流ID将遭到UGS的控制，|UDS|增大时，沟道电阻增大，电流ID减小。 3.2.2 JFET3.2.2 JFET的任务原理的任务原理二、 UDS对ID的控制造用 UDS对ID的控制造用 原理图3.2.2 JFET3.2.2 JFET的任务原理的任务原理 在UGS=0时保证沟道存在的条件下： 1UDSUP，沟道存在。2

7、UDS=UP ，沟道临界预夹断。3UDSUP ，沟道夹断变深。3.2.3 JFET3.2.3 JFET的伏安特性曲线的伏安特性曲线一、转移特性曲线 转移特性曲线是输入电压uGS对输出电流iD的控制特性曲线。3.2.3 JFET3.2.3 JFET的伏安特性曲线的伏安特性曲线二、输出特性曲线 输出特性表示在UGS一定时，iD与uDS之间的关系曲线.3.2.3 JFET3.2.3 JFET的伏安特性曲线的伏安特性曲线N沟道结型场效应管的三种任务区：1夹断区条件：UGSUP特点：沟道不存在，ID=0。2恒流区条件：UGS- UDS UP特点： ID 不随UDS变化，而受UGS控制。3可变电阻区条件：

8、UGS- UDS UP特点： ID受UDS控制，且成线性关系。3.2.3 JFET3.2.3 JFET的伏安特性曲线的伏安特性曲线 结论：1结型效应管任务时，其栅极与沟道之间的PN结外加反向偏置，以保证有较高的输入电阻。2结型效应管是电压控制电流器件，iD受uGS控制。3预夹前，iD随uDS线性变化；预夹断后，iD趋于饱和。3.3 3.3 场效应管的比较场效应管的比较 3.3.1 3.3.1 场效应管与三极管的比较场效应管与三极管的比较 3.3.1 3.3.1 场效应管和三极管比较场效应管和三极管比较1场效应管是一种压控器件，由栅源电压UGS来控制漏极电流ID；而晶体三极管是电流控制器件，经过

9、基极电流IB控制集电极电流IC。2场效应管参与导电的载流子只需多子，称为单极性器件；而晶体三极管除了多子参与导电外，少子也参与导电，称为双极性器件。因此，场效应管受温度、辐射等激发要素的影响小，噪声系数低；而晶体三极管容易受温度、辐射等外界要素影响，噪声系数也大。3.3.1 3.3.1 场效应管和三极管比较场效应管和三极管比较3场效应管直流输入电阻和交流输入电阻都非常高，可达数百兆欧以上；三极管的发射结一直处于正向偏置，总是存在输入电流，因此基极b与发射极e间的输入电阻较小，普通只需几百欧至几十千欧。4场效应管的跨导较小，当组成放大电路时，在一样的负载电阻下，电压放大倍数比晶体三极管低。 3.

10、3.1 3.3.1 场效应管和三极管比较场效应管和三极管比较4场效应管的构造对称，漏极和源极可以互换运用，而各项目的根本上不受影响。假设制造时场效应管的衬底与源极相连，其漏极与源极是不可以互换运用的。但晶体三极管的集电极与发射极是不能互换运用的。5场效应管的制造工艺简单，有利于大规模集成。特别是MOS电路，每个MOS场效应管的硅片上所占的面积只需晶体三极管的5%，因此集成度更高。此外，场效应管还有制造本钱低、功耗小等优点。3.4 3.4 场效应管主要参数及场效应管主要参数及运用本卷须知运用本卷须知 3.4.1 3.4.1 场效应管的主要参数场效应管的主要参数3.4.2 3.4.2 场效应管的检

11、测及本卷须知场效应管的检测及本卷须知 3.4.1 3.4.1 场效应管的主要参数场效应管的主要参数1夹断电压UP2开启电压UT3漏极饱和电流IDSS4击穿电压UBRDS5直流输出电阻RGS3.4.1 3.4.1 场效应管的主要参数场效应管的主要参数6交流输出电阻rd输出电阻的定义用公式表示为： GSUDDSddd=riuDSUGSDmdduig7低频互导跨导gm3.4.1 3.4.1 场效应管的主要参数场效应管的主要参数8最大耗散功率PDM PDM=iDuDS 除了以上参数外，场效应管还有噪声系数、高频参数、极间电容等其他参数。普通情况下，场效应管的噪声系数很小，极间电容较大。3.4.2 3.

12、4.2 场效应管的检测及场效应管的检测及 运用本卷须知运用本卷须知一、检测 由于绝缘栅型MOS场效应管输入电阻很高，不宜用万用表丈量，必需用测试仪丈量，而且测试仪必需良好接地，测试终了后应先短接各电极放电，已防外来感应电势将栅极击穿。3.4.2 3.4.2 场效应管的检测及场效应管的检测及 运用本卷须知运用本卷须知二、运用本卷须知 1在MOS管中，有的产品将衬底引出，这种管子有4个管脚，应留意衬底的运用。 2留意MOS管的漏极和源极能否可互换运用。 3存放时应将各电极引线短接。3.4.2 3.4.2 场效应管的检测及场效应管的检测及 运用本卷须知运用本卷须知4焊接时，电烙铁必需有外接地线，以屏

13、蔽交流电场，防止损坏管子。 5结型场效应管栅极与源极之间的PN结不能加正向电压，否那么烧坏管子。6在运用场效应管时，要留意漏-源电压、漏极电流及耗散功率等，不要超越规定的最大允许值。3.5 3.5 场效应管放大电路场效应管放大电路 3.5.1 3.5.1 场效应管的直流偏置电路及场效应管的直流偏置电路及 静态任务点静态任务点3.5.2 3.5.2 场效应管微变等效电路分析场效应管微变等效电路分析 3.5.1 3.5.1 场效应管的直流偏置电场效应管的直流偏置电 路及静态任务点路及静态任务点 根据输入、输出回路公共端选择不同，将场效应管放大电路分成共源、共漏和共栅3种组态。由于场效应管具有输入电

14、阻高的特点，普通很少将场效应管接成共栅组态的放大电路。 通常场效应管设置偏置的方式有两种，即自给偏压电路和分压式偏置电路。3.5.1 3.5.1 场效应管的直流偏置电场效应管的直流偏置电 路及静态任务点路及静态任务点一、自给偏压电路经过Rg将Rs两端的直流电压加到G-S之间，因栅极电流IG0:UGS=VGIDRs IDRs 3.5.1 3.5.1 场效应管的直流偏置电场效应管的直流偏置电 路及静态任务点路及静态任务点 确定静态普通可采用两种方法：图解法和估算法。1图解法 思绪：ID与UGS是线性关系，经过作图求出Q点坐标值UGSQ，IDQ，然后再列出输出回路的电压方程： UDSQ=VCCIDQ

15、Rd+Rs 3.5.1 3.5.1 场效应管的直流偏置电场效应管的直流偏置电 路及静态任务点路及静态任务点详细步骤： 图解法分析静态任务点 3.5.1 3.5.1 场效应管的直流偏置电场效应管的直流偏置电 路及静态任务点路及静态任务点2计算法静态时有： A由输入回路得： UGS=VGIDRs IDRs B 由A、B即可求得静态时的IDQ和UGSQ值，再由输出回路列出电压方程，代入之后即可求得UDSQ值。2PGSSSDDUU1II3.5.1 3.5.1 场效应管的直流偏置电场效应管的直流偏置电 路及静态任务点路及静态任务点二、分压式偏置电路 该放大电路静态任务点的计算仍可采用图解法或计算法求出。

16、3.5.2 3.5.2 场效应管的微变等效场效应管的微变等效 电路分析电路分析一、场效应管的微变等效电路 场效应管微变等效电路 由伏安特性曲线可得：3.5.2 3.5.2 场效应管的微变等效场效应管的微变等效 电路分析电路分析二、共源极放大电路 典型共源放大电路的微变等效电路如图。3.5.2 3.5.2 场效应管的微变等效场效应管的微变等效 电路分析电路分析dmgsdgsmgsddiouRguRuguRiuuA2gg1g3iii/RRRiur1电压放大倍数Au2输入电阻ri3输出电阻ro ro=Rd 3.5.2 3.5.2 场效应管的微变等效场效应管的微变等效 电路分析电路分析三、共漏极放大电

17、路源极输出器3.5.2 3.5.2 场效应管的微变等效场效应管的微变等效 电路分析电路分析2g1g3giii/rRRRiu1电压放大倍数Au2输入电阻ri3输出电阻ro LsmLsmiou/1/RRgRRguuAmsooog1/Rriu3.6 3.6 本章小结本章小结 一、场效应管的特点、种类和任务原理一、场效应管的特点、种类和任务原理1 1根本特点根本特点是一种电压控制器件，利用栅源电压是一种电压控制器件，利用栅源电压来控制漏极电流的。来控制漏极电流的。输入电阻非常大。输入电阻非常大。场效应管仅有一种载流子多数载流场效应管仅有一种载流子多数载流子参与导电，其温度稳定性高，噪声子参与导电，其温

18、度稳定性高，噪声系数小。系数小。3.6 3.6 本章小结本章小结2主要类型3根本任务原理 经过外加电压uGS来改动导电沟道的宽窄，从而来控制电流iD的大小。）沟道（）沟道（耗尽型）沟道（）沟道（增强型）绝缘栅（沟道沟道）结型（）场效应管（PMOSPNMOSNPMOSPNMOSNMOSFETPNJFETFET3.6 3.6 本章小结本章小结二、场效应管的特性曲线二、场效应管的特性曲线1 1转移特性曲线反映栅源电压转移特性曲线反映栅源电压uGSuGS对对漏极电流漏极电流iDiD的控制造用，其斜率反映了的控制造用，其斜率反映了控制才干并用跨导控制才干并用跨导gmgm表示。表示。2 2输出特性曲线反映漏极电流输出特性曲线反映漏极电流iDiD与与漏源电压漏源电压uDSuDS之间的变化关系。它分为之间的变化关系