场效应管放大电路ppt课件

1、4.1 结型场效应管结型场效应管4.3 金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管4.4 场效应管放大电路场效应管放大电路4.5 各种放大器件电路性能比较各种放大器件电路性能比较*4.2 砷化镓金属砷化镓金属-半导体场效应管半导体场效应管类比：与类比：与BJTBJT放大电路放大电路自学归纳、比较自学归纳、比较MOS管，简单引见管，简单引见掌握场效应管的任务原理掌握场效应管的任务原理留意与留意与BJTBJT的异同点的异同点多级放大电路多级放大电路 + Vo RL Io Rs Ii + Vs + Vi Vi1 + Vo1 + 放大电路放大电路 Vi2 + Vo2 + 放大电路放大电路 V

2、i3 + Vo3 + 放大电路放大电路 Vi1 + Ro1 Vo1 + + Ri1 AVO1Vi1 Vi2 + Ro2 Vo2 + + Ri2 AVO2Vi2 Vi3 + Ro3 Vo3 + + Ri3 AVO3Vi3 输入级输入级Ri中间放大级中间放大级AV 输出级输出级Ro 共集、共射共集、共射共射、共基共射、共基共集共集第第4 4章章 场效应管场效应管第第6.26.2节节 差分放大电路差分放大电路2个信号个信号相减相减第第5 5章章 功率放大电路功率放大电路直接耦合直接耦合零漂零漂RiRL特别小特别小第第6.16.1节节 电流源电流源第第6 6章章 集成运算放大器集成运算放大器性能性能改

3、善改善第第7 7章章 反响技术、方法反响技术、方法第第8 8、9 9、1010章章 运算放大器运用运算放大器运用 各种功能电路各种功能电路 +VCC +15V + T + C2 C1 + vo Rb1 100k vi + + C3 Rb 20k Rb2 100k Re 10k RL 10k + + Vi Rb1 rbe Re Vo e Ic Ib Rb2 Ib Rb b c Ii IRb3 a H Ri Ri RL 知图示放大电路中三极管的知图示放大电路中三极管的 =60，rbe=3k。(1) 假设电容假设电容C3断开，求断开，求Ri(2) 接上接上C3后，求后，求Ri 。分析举例分析举例 +

4、 + Vi Rb1 rbe Re Vo e Ic Ib Rb2 Ib Rb b c Ii IRb3 a H Ri Ri RL 1、问题的引出、问题的引出2、分类、分类进一步提高进一步提高Ri ，但但BJT的的Je正偏，正偏，rbe较小较小FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型N沟道沟道P沟道沟道加强型加强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道耗尽型耗尽型4.1 结型场效应管结型场效应管 构造构造 任务原理任务原理 输出特性输出特性 转移特性转移特性 主要参数主要参数 4.1.1 JFET的构造和任务原理的构造和任务原理 4.1.2 JFET的特性曲线

5、及参数的特性曲线及参数 4.1.1 JFET的构造和任务原理的构造和任务原理1. 构造构造 4.1.1 JFET的构造和任务原理的构造和任务原理1. 构造构造 N型导电沟道型导电沟道漏极漏极D(d)源极源极S(s)沟道电阻沟道电阻 长度、宽度、掺杂长度、宽度、掺杂P+P+反偏的反偏的PN结结 反偏电压控制耗尽层反偏电压控制耗尽层构造特点构造特点:空间电荷区耗尽层空间电荷区耗尽层栅极栅极G(g)4.1.1 JFET的构造和任务原理的构造和任务原理 g d s P+ N P+ 耗耗尽尽层层 g d s P+ N P+ g d s P+ N P+ 2. 任务原理任务原理 VGS对沟道的控制造用对沟道

6、的控制造用 VDS对沟道的影响对沟道的影响 VGS=0 VGS0 (反偏反偏) VGS= VP耗尽层加厚耗尽层加厚|VGS | 添加添加沟道变窄沟道变窄沟道电阻增大沟道电阻增大全夹断夹断电压全夹断夹断电压4.1.1 JFET的构造和任务原理的构造和任务原理2. 任务原理任务原理 VDS对沟道的影响对沟道的影响 g d s P+ N P+ 耗耗尽尽层层 g d s P+ N P+ g d s P+ N P+ g d s P+ N P+ VDS ID GD间间PN结的反向电压添加结的反向电压添加,使接近使接近漏极处的耗尽层加宽漏极处的耗尽层加宽,呈楔形分布。呈楔形分布。 VGD=VP 时，在紧靠漏

7、极处出现预夹断。时，在紧靠漏极处出现预夹断。 VDS 夹断区延伸夹断区延伸,但但ID根本不变根本不变2. 任务原理任务原理 VGS和和VDS同时作用时同时作用时综上分析可知综上分析可知 沟道中只需一种类型的多数载流子参与导电，沟道中只需一种类型的多数载流子参与导电， 所以场效应管也称为单极型三极管。所以场效应管也称为单极型三极管。 JFET是电压控制电流器件，是电压控制电流器件，iD受受vGS控制控制 预夹断前预夹断前iD与与vDS呈近似线性关系；呈近似线性关系； 预夹断后，预夹断后， iD趋于饱和。趋于饱和。 JFET栅极与沟道间的栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此结是反向偏置的，因此

8、iG0，输入电阻很高。，输入电阻很高。 4.1.1 JFET的构造和任务原理的构造和任务原理 4.1.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数const.DSDGS)( vvfi2. 转移特性转移特性 const.GSDDS)( vvfi)0()1(GSP2PGSDSSD vVVvIiVP1. 输出特性输出特性 4.1.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数3. 主要参数主要参数 夹断电压夹断电压VP (或或VGS(off)： 饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS：漏极电流约为零时的漏极电流约为零时的VGS值值 。VGS=0时对应的漏极电流。时对应的漏极电流。 直流输入电阻直流输入电阻R

9、GS： 结型结型FET，反偏时，反偏时RGS约大于约大于107。 最大漏极功耗最大漏极功耗PDM 最大漏源电压最大漏源电压V(BR)DS ；最大栅源电压；最大栅源电压V(BR)GS 输出电阻输出电阻rd：GSDDSdVivr 低频跨导低频跨导gm：DSGSDmVvig 时时）（当当0)1(2GSPPPGSDSSm vVVVvIg或或 低频跨导反映了低频跨导反映了vGS对对iD的控制造用。的控制造用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子毫西门子)。4.3 金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管FET场效应管场效应管JFET结型结型MOS

10、FET绝缘栅型绝缘栅型N沟道沟道P沟道沟道加强型加强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道耗尽型耗尽型 4.3.1 N沟道加强型沟道加强型MOSFET1. 构造构造 二氧化硅 g s d iD0 铝 耗尽层 N N P B 衬底引线 VGG s d iD0 耗尽层 P B 衬底引线 N N N 型(感生)沟道 g g s d iD 迅 速 增 大 N 型(感生)沟道 P B 衬底引线 VGG VDD N N g s d iD 饱 和 P B 衬底引线 VGG VDD N N 夹断区 4.1.1 N沟道加强型沟道加强型MOSFET2. 任务原理任务原理 4.1.1 N沟道加强型沟

11、道加强型MOSFET2. 任务原理任务原理 N沟道加强型沟道加强型MOS管管N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管 4.3.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET d g s vGS iD O VP vDS iD O -1 vGS=0V -2 -3 d g s 衬 vGS iD O VP vDS iD O vGS=0V 0.2 -0.2 -0.4 d g s 衬 vGS iD O VT O vDS iD O vGS=5V 4 3 vGS =VPvGS =VT 4.3.3 各种各种FET的特性比较的特性比较 N P N N P N c b e sgdvBEvCEiBcebiC d g s 4.4 场效

12、应管放大电路场效应管放大电路 直流偏置电路直流偏置电路 静态任务点静态任务点 FET小信号模型小信号模型 动态目的分析动态目的分析 三种根本放大电路的性能比较三种根本放大电路的性能比较 4.4.1 FET的直流偏置及静态分析的直流偏置及静态分析 4.4.2 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分析对直流偏置电路的要求对直流偏置电路的要求QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t QQQIBQVBEQvBE/ViB/u

13、AttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060 Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA Q Q Q ICQ VCEQ vCE/V iC/mA vCE/V iC/mA t t 20uA 40uA 60uA VP4.4.1 FET的直流偏置电路及静态分析的直流偏置电路及静态分析1. 直流偏置电路直流偏置电路1分压式自偏压电路分压式自偏压电路SV GSVG

14、VDDg2g1g2VRRR RID 2自偏压电路自偏压电路vGSvGS =0 iDR4.4 结型结型场效应管场效应管2. 静态任务点求解思绪静态任务点求解思绪Q点：点： VGS 、ID 、VDSvGS =2PGSDSSD)1(VvIi VDS =知知VP ，由，由VDD- ID (Rd + R )- iDR可解出可解出Q点的点的VGS 、 ID 、 VDS 4.4 结型结型场效应管场效应管4.4.2 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1低频模型低频模型4.4 结型结型场效应管场效应管2高频模型高频模型4.4 结型结型场效应管场效应管2.

15、动态目的分析动态目的分析1 1中频小信号模型中频小信号模型4.4 结型结型场效应管场效应管2. 动态目的分析动态目的分析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那么那么giiIVR )/(g2g1g3RRR )/()1(g2g1g3mgsgsRRRRgrr 通常通常那么那么)/(g2g1g3iRRRR doRR Rgrr)1(mgsgs gsgsgsmgsgsgs)(rVRVgrVV 例例4.4.2 共漏极放大电路如图共漏极放

16、大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。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 得得)/(g2g1g3iRRRR 解：解： 1 1中频小信号模型中频小信号模型由由ioVV1 例题例题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 例题例题3. 三种根本放大电路的性能比较三种根本放大电路的性能比较组态对应关系：组态对应关系：4

17、.4 结型结型场效应管场效应管CEBJTFETCSCCCDCBCGBJTFET电压增益：电压增益：beLc)/(rRR )/)(1()/()1(LebeLeRRrRR beLc)/(rRR CE：CC：CB：)/(LdmRRg )/(1)/(LmLmRRgRRg )/(LdmRRgCS：CD：CG：beb/rR输出电阻：输出电阻：cR )/)(1(/LebebRRrR 1)/(/bebserRRR 1/beerRcR3. 三种根本放大电路的性能比较三种根本放大电路的性能比较4.4 结型结型场效应管场效应管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 解：解：画中频小信号等效电路画中频小信号等效电路 gsmVg iV gsV2gsmRVg bIbI bI oVcbRI MVA2mcm1RgRg 6 .128 giRR coRR M 5那么电压增益为那么电压增益为sgRR 例题例题放大电路如下图。知放大电路如下图。知，ms 18m g，100 试求电路的中频增益、输入电阻和输出