模拟电子技术第四章课件

4.1结型场效应管图4-1结型场效应管的结构示意图和符号4.1结型场效应管图4-1结型场效应管的结构示意14.1.2工作原理图4-2当UDS=0时UGS对导电沟道的影响示意1.UGS对导电沟道的影响4.1.2工作原理图4-2当UDS=0时UGS对22.ID与UDS、UGS之间的关系图4-3UDS对导电沟道和ID的影响2.ID与UDS、UGS之间的关系图4-3UDS34.1.3特性曲线

1.输出特性曲线图4--4N沟道结型场效应管的输出特性4.1.3特性曲线图4--4N沟道结型场效应管的输出4根据工作情况,输出特性可划分为4个区域,即:可变电阻区、恒流区、击穿区和截止区。根据工作情况,输出特性可划分为4个区域,即52.转移特性曲线图4-5N沟道结型场效应管的转移特性曲线2.转移特性曲线图4-5N沟道结型场效应管的转移6图4-6由输出特性画转移特性图4-6由输出特性画转移特性74.2绝缘栅场效应管4.2.1N沟道增强型MOS场效应管1.结构

图4-7N沟道增强型MOS场效应管的结构示意图4.2绝缘栅场效应管4.2.1N沟道增强型MOS场82.工作原理图4-8UGS＞UT时形成导电沟道2.工作原理图4-8UGS＞UT时形成导电沟道93.特性曲线图4–9N沟道增强型MOS场效应管的特性曲线3.特性曲线图4–9N沟道增强型MOS场效应管104.2.2N沟道耗尽型MOS场效应管图4-10N沟道耗尽型MOS管的结构示意图4.2.2N沟道耗尽型MOS场效应管图4-10N11图4-11N沟道耗尽型MOS场效应管的特性曲线图4-11N沟道耗尽型MOS场效应管的特性曲线12图4-12MOS场效应管电路符号图4-12MOS场效应管电路符号13表4-1各种场效应管的符号和特性曲线类型符号和极性转移特性输出特性uGSOIDSSiDUPuGSOIDSSiDUP－i－

uDSOuGS＝0V＋1VD＋2V＋3VuGS＝UP＝＋4VuDSOuGS＝0V－1ViD－2V－3VuGS＝UP＝－4VuDSOuGS＝5ViD3VuGS＝UT＝＋2V4VuGSiDOUTGSD+－iD－+GSD+－iD－+GSD+－iD－+BJFETP沟道JFETN沟道增强型NMOS表4-1各种场效应管的符号和特性曲线类型符号和极性转移14uGSOiDUPIDSSiDOUTuGSuGSOIDSSiDUPuDSOuGS＝0ViD－2VuGS＝UP＝－4V＋2V－iD－5VuGS＝UT＝－3VO－uDS－4VuGS＝－6

V－iD－2VuGS＝UP＝＋4VO－uDS＋2VuGS＝0

VGSD+－iDB+－GSD+－iD－+BGSD+－iDB－+耗尽型NMOS增强型PMOS耗尽型PMOS表4-1续表uGSOiDUPIDSSiDOUTuGSuGSOIDSSiD154.3场效应管的主要参数

4.3.1直流参数

1.饱和漏极电流IDSS

IDSS是耗尽型和结型场效应管的一个重要参数,它的定义是当栅源之间的电压UGS等于零,而漏、源之间的电压UDS大于夹断电压UP时对应的漏极电流。4.3场效应管的主要参数 4.3.1直流参数16

2.夹断电压UPUP也是耗尽型和结型场效应管的重要参数,其定义为当UDS一定时,使ID减小到某一个微小电流(如1μA,50μA)时所需的UGS值。2.夹断电压UP17

3.开启电压UTUT是增强型场效应管的重要参数,它的定义是当UDS一定时,漏极电流ID达到某一数值(例如10μA)时所需加的UGS值。

3.开启电压UT18

4.直流输入电阻RGSRGS是栅、源之间所加电压与产生的栅极电流之比。由于栅极几乎不索取电流,因此输入电阻很高。结型为106Ω以上,MOS管可达1010Ω以上。4.直流输入电阻RGS194.3.2交流参数1.低频跨导gm

跨导gm的单位是mA/V。它的值可由转移特性或输出特性求得。4.3.2交流参数跨导gm的单位是mA/204-13根据场效应管的特性曲线求gm

4-13根据场效应管的特性曲线求gm21

2.极间电容场效应管三个电极之间的电容,包括CGS、CGD和CDS。这些极间电容愈小,则管子的高频性能愈好。一般为几个pF。2.极间电容224.3.3极限参数1.漏极最大允许耗散功率PDmPDm与ID、UDS有如下关系:这部分功率将转化为热能,使管子的温度升高。PDm决定于场效应管允许的最高温升。

2.漏、源间击穿电压BUDS

在场效应管输出特性曲线上,当漏极电流ID急剧上升产生雪崩击穿时的UDS。工作时外加在漏、源之间的电压不得超过此值。4.3.3极限参数这部分功率将转化为热能23

3.栅源间击穿电压BUGS

结型场效应管正常工作时,栅、源之间的PN结处于反向偏置状态,若UGS过高,PN结将被击穿。对于MOS场效应管,由于栅极与沟道之间有一层很薄的二氧化硅绝缘层,当UGS过高时,可能将SiO2绝缘层击穿,使栅极与衬底发生短路。这种击穿不同于PN结击穿,而和电容器击穿的情况类似,属于破坏性击穿,即栅、源间发生击穿,MOS管立即被损坏。3.栅源间击穿电压BUGS244.4场效应管的特点

(1)场效应管是一种电压控制器件,即通过UGS来控制ID。

(2)场效应管输入端几乎没有电流,所以其直流输入电阻和交流输入电阻都非常高。

(3)由于场效应管是利用多数载流子导电的,因此,与双极性三极管相比,具有噪声小、受幅射的影响小、热稳定性较好而且存在零温度系数工作点等特性。4.4场效应管的特点(1)25

(4)由于场效应管的结构对称,有时漏极和源极可以互换使用,而各项指标基本上不受影响,因此应用时比较方便、灵活。

(5)场效应管的制造工艺简单,有利于大规模集成。

(6)由于MOS场效应管的输入电阻可高达1015Ω,因此,由外界静电感应所产生的电荷不易泄漏,而栅极上的SiO2绝缘层又很薄,这将在栅极上产生很高的电场强度,以致引起绝缘层击穿而损坏管子。

(7)场效应管的跨导较小,当组成放大电路时,在相同的负载电阻下,电压放大倍数比双极型三极管低。(4)由于场效应管的结构对称,有时漏极和源26图4–14场效应管的零温度系数工作点图4–14场效应管的零温度系数工作点27图4-15栅极过压保护电路图4-15栅极过压保护电路284.5场效应管放大电路4.5.1静态工作点与偏置电路图4–16自给偏压电路4.5场效应管放大电路4.5.1静态工作点与偏置电291.图解法图4–17求自给偏压电路Q点的图解1.图解法图4–17求自给偏压电路Q点的图解302.计算法IDSS为饱和漏极电流,UP为夹断电压,可由手册查出。2.计算法IDSS为饱和漏极电流,UP为夹断电压,可由31

【例1】电路如图4-16所示,场效应管为3DJG,其输出特性曲线如图4-18所示。已知RD=2kΩ,RS=1.2kΩ,UDD=15V,试用图解法确定该放大器的静态工作点。解写出输出回路的电压电流方程,即直流负载线方程设【例1】电路如图4-16所示,场效应管32在输出特性图上将上述两点相连得直流负载线。图4-18图解法确定工作点(例1)在输出特性图上将上述两点相连得直流负载线。图4-1833在转移特性曲线上,作出UGS=-IDRS的曲线。由上式可看出它在uGS~iD坐标系中是一条直线,找出两点即可。令连接该两点,在uGS~iD坐标系中得一直线,此线与转移特性曲线的交点,即为Q点,对应Q点的值为:在转移特性曲线上,作出UGS=-IDRS的曲34另一种常用的偏置电路为分压式偏置电路,如图4-19所示。该电路适合于增强型和耗尽型MOS管和结型场效应管。为了不使分压电阻R1、R2对放大电路的输入电阻影响太大,故通过RG与栅极相连。该电路栅、源电压为另一种常用的偏置电路为分压式偏置电路,如图435图4-19分压式偏置电路图4-19分压式偏置电路36利用图解法求Q点时,此方程的直线不通过uGS~iD坐标系的原点,而是通过ID=0,

点,其它过程与自偏电路相同。利用计算法求解时,需联立解下面方程组利用图解法求Q点时,此方程的直线不通过uG374.5.2场效应管的微变等效电路求微分式定义场效应管仅存关系:(4-13)4.5.2场效应管的微变等效电路求微分式定义场效应38如果用id、ugs、uds分别表示iD、uGS、uDS的变化部分,则式(4-13)可写为如果用id、ugs、uds分别表示iD、uG394.5.3共源极放大电路图4–20共源极放大电路微变等效电路4.5.3共源极放大电路图4–20共源极放大401.电压放大倍数(Au)式中,1.电压放大倍数(Au)式中,412.输入电阻ri3.输出电阻ro2.输入电阻ri3.输出电阻ro424.5.4共漏放大器(源极输出器)1.电压放大倍数(Au)式中