模电课件ch5_FET_Circuits

1、跳转到目录页5.1 IGFET5.2 JFET5.3 型号5.4 FET放大电路5.5 小结与基本要求The Field-Effect Transistor and Basic FET Amplifiers跳转到目录页场效应管(FETFETField Effect Transister)1. 结型JFET (Junction type Field Effect Transister) 2. 绝缘栅型IGFET ( Insulated Gate Field Effect Transister) 也称金属氧化物半导体三极管MOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET）

2、按结构结构分，有两类特点特点：易集成：易集成(LSIVLSI)，输入阻抗高，输入阻抗高Field Effect - VCCS跳转到目录页5.1 IGFET5.1 IGFET（ MOSFET ）n5.1.1 结构与符号n5.1.2 工作原理与特性曲线n5.1.3 主要参数跳转到目录页5.1.1 结构与符号(Construction and Symbol)MOS管管又又分为两类： 增强型(Enhancement-mode) 耗尽型(depletion-mode) D(Drain)为漏极，相当c G(Gate)为栅极， 相当bS(Source)为源极，相当e增强型MOS管N沟道沟道（导电通道）（导电

3、通道）N-channel箭头：PN二、符号一、结构跳转到目录页5.1.2 工作原理 与特性曲线1、转移特性曲线 Transfer Characteristics ID=f(VGS)VDS=const2、输出特性曲线 Drain Characteristics ID=f(VDS)VGS=constVCCS！一、一、特性曲线特性曲线 Characteristics跳转到目录页二、工作原理二、工作原理 OperationThreshold voltage（开启电压开启电压)反型层反型层(Inversion layer)VGS控制控制沟道宽窄沟道宽窄1、开启、开启(turn on)沟道沟道0V +宽宽

4、窄窄VGS=VT增强型MOS管跳转到目录页 2 2沟道变形沟道变形预夹断pinch-off楔形楔形沟道0+电位梯度电位梯度VDS控制沟道形状跳转到目录页三区：三区：可变电阻区(resistive region) 饱和区恒流区（constant current region）放大区夹断区（cutoff rigion） 截止区输出特性曲线ID=f(VDS)VGS=constVCCS！形成原因：跳转到目录页 另：N沟道耗尽型MOSFET(a) 结构和符号 (b) 转移特性曲线P沟道 N沟道PNP NPN跳转到目录页5.1.3 主要参数(1) (1) 直流参数直流参数 VT开启电压 增强型 IDSS饱

5、和漏极电流 耗尽型 VGS=0（shorted)时 所对应的ID RGS输入电阻 约10910150IVVDTGS时，跳转到目录页 gm 低频跨导transconductancen反映VGS对ID的控制作用(VCCS)n gm=ID/VGSVDS=const (mS) (毫西门子)(3) (3) 安全参数安全参数 UBRXX反向击穿电压 XX：GS、DS PDM最大漏极功耗 由PDM= VDS ID决定 (2) (2) 交流参数交流参数gm可以在转 移特性曲线上求取，即曲线的斜率跳转到目录页5.2 JFET5.2 JFETn4.2.1 结构与符号n4.2.2 工作原理与特性曲线n4.2.3 主

6、要参数跳转到目录页5.2.1 结构与符号 JFET分为： N沟道 P沟道 箭头：PN跳转到目录页一、工作原理 2 2VDS控制控制沟道形状沟道形状PN结反偏!5.2.2 工作原理与特性曲线(a) 漏极输出特性曲线 (b) 转移特性曲线二、二、特性曲线特性曲线1VGS控制控制沟道宽窄ID= IDSS1(VGS /VP)2跳转到目录页 1VGS控制控制沟道宽窄（夹断电压夹断电压)0V -窄宽VGS=VP跳转到目录页 2 2VDS控制控制沟道形状沟道形状预夹断楔形楔形沟道0+电位梯度电位梯度跳转到目录页5.2.3 主要参数VP夹断(pinch off)电压 耗尽型FET的参数，当VGS=VP 时,

7、ID =0 RGS输入电阻 RGS约大于107与与IGFETIGFET不同的参数不同的参数跳转到目录页各类各类FET直流偏置直流偏置规律：规律：Page 237各类场效应三极管的特性曲线比较表比较表(P237(P237）绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型绝缘栅场效应管 N沟道耗尽型P 沟道耗尽型结型场效应管 N沟道耗尽型P沟道耗尽型跳转到目录页 现行两种两种命名方法： 一、与三极管相同 第三位字母J代表JFET，O代表IGFET； 第二位字母代表材料： D是P型硅N沟道；C是N型硅P沟道 例如, 3DJ6D是结型N沟道场效应三极管， 3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。 二、CS# C

8、S代表场效应管，以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。5.3 型号跳转到目录页几种常用的场效应三极管的主要参数见表02.02。 表02.02 场效应三极管的参数 参 数型号PDM mW IDSS mA VRDS VVRGS V VP V gmmA/ V fM MHz3DJ2D 100 20 20 -4 2 3003DJ7E 100 20 20 -4 3 903DJ15H 100 611 20 20 -5.5 83DO2E 1000.351.2 12 25 1000CS11C 1000.31 -25 -4 2 跳转到目录页5.1.5 双极型和场效应

9、型三极管的比较 双极型三极管 场效应管(单极型三极管)结构 NPN型 结型耗尽型 N沟道 P沟道 PNP型 绝缘栅增强型 N沟道 P沟道 绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道 C与E一般不可倒置使用 D与S有的型号可倒置使用载流子 多子扩散少子漂移 多子漂移输入量 电流输入 电压输入控制 电流控制电流源CCCS() 电压控制电流源VCCS(gm)跳转到目录页 双极型三极管 场效应三极管噪声 较大 较小温度特性 受温度影响较大 较小，可有零温度系数点输入电阻 几十到几千欧姆 几兆欧姆以上静电影响 不受静电影响 易受静电影响集成工艺 不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成跳转到目录页5.4 FET放大电

10、路放大电路Basic FET Amplifiers5.4.1 5.4.1 共源共源( (Common Source) )放大电路放大电路5.4.2 5.4.2 共漏共漏( (Common Drain) )放大电路放大电路5.4.3 5.4.3 三种组态放大电路比较三种组态放大电路比较跳转到目录页双极型三极管双极型三极管 场效应三极管场效应三极管 两点不同：两点不同： CCCS VCCS受控源类型受控源类型 偏置电路偏置电路 跳转到目录页5.4.15.4.1共源放大电路共源放大电路共源共源 共射共射静、静、动动态态分分析！析！跳转到目录页(1)(1)静态分析静态分析 （DC Analysis）

11、计算（计算（Q Q：VGS、ID、VDS） 据图可写出下列方程：据图可写出下列方程： 自自偏压电路Self-biasingVGS= VGVS= ID RID= IDSS1(VGS /VP)2VDS= VDDID (Rd+R)跳转到目录页(2)(2)交流分析（交流分析（AC Analysis）电压放大倍数电压放大倍数 输入电阻输入电阻 .i.iiIVR 输出电阻输出电阻dRiovVVAgsLdgsmV)R/R(VgLmRgLdLR/RRgR0sV,RoooL IVRmbegr跳转到目录页5.4.2 5.4.2 共漏放大电路共漏放大电路分压式分压式直流偏置电路Voltage Divider Bia

12、sing共漏共漏共集共集(1)(1)静态分析静态分析 VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2) VGS= VGVS= VGIDR ID= IDSS1(VGS /VP)2 VDS= VDDIDR跳转到目录页iovVVA(2)(2)交流分析交流分析电压放大倍数电压放大倍数输入电阻输入电阻)/(g2g1giRRRR)R/R(VgV)R/R(VgLgsmgsLgsm)R/RR(Rg1RgLLLmLm跳转到目录页 输出电阻输出电阻gsmooVgRV IgsoVV0sV,RoooL IVRmooog1/R IVRmooog1VRV I跳转到目录页5.4.3 5.4.3 三种组态放大电路比较三种组态放大电路比

13、较动态性能比较表动态性能比较表: :mbegr跳转到目录页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:CDRgA:CSvA跳转到目录页 *器件器件：场效应管(FET) 是单极型晶体管一、分类：一、分类： 1.从参与导电的载流子划分 2. 从结构结构划分N沟道 JFETP沟道 IGFET （