第3章場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路

1、第第3章章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路n結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管n金屬金屬-氧化物氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管n場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路半導(dǎo)體三極管(場(chǎng)效應(yīng)管）圖片第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路半導(dǎo)體三極管圖片第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管【FETField Effect Transistor】雙極型三極管場(chǎng)效應(yīng)管BJTFET電流控制電流控制的元件的元件(iBiC)電壓控制電壓控制的元件的元件(vGSiD)利用基極的小電流控制利用基極的小電流控制集電極的大電流實(shí)現(xiàn)放集電極的大電流實(shí)現(xiàn)放大作用。大作用。利用電場(chǎng)效應(yīng)來控制輸出利用電場(chǎng)效應(yīng)來控制輸出

2、電流。電流。對(duì)照兩種形式的三極管：第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路功耗低功耗低集成度高（單位面積上容納的門電路數(shù)量集成度高（單位面積上容納的門電路數(shù)量遠(yuǎn)大于雙極型三極管）遠(yuǎn)大于雙極型三極管）輸入阻抗大輸入阻抗大（10107 710101212 ）熱穩(wěn)定性好（與環(huán)境溫度關(guān)系不大）熱穩(wěn)定性好（與環(huán)境溫度關(guān)系不大）抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)缺點(diǎn)：速度低。速度低。FET的特點(diǎn)：體積小，重量輕，價(jià)格低，壽命長(zhǎng)；體積小，重量輕，價(jià)格低，壽命長(zhǎng)；第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路FET的分類：根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，可分為：根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，可分為：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFETJunction type Field Effe

3、ct Transistor）金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFETMetal Oxide-Semiconductor type Field Effect Transistor）N溝道溝道P溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路3.1 3.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)(JFET) N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào)：符號(hào)：柵極柵極【Gate】漏極漏極 【Drain】源極源極 【Source】NP+P+3.1.1 JFET的結(jié)構(gòu)三個(gè)極：源極（三個(gè)極：源極（s）、柵極）、柵極（g）、漏極（）、漏極（d），對(duì)應(yīng)），對(duì)

4、應(yīng)于晶體管的于晶體管的e、b、c；第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào)：符號(hào)：箭頭：PNPN柵極柵極【Gate】漏極漏極 【Drain】源極源極 【Source】PN+N+第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路當(dāng)當(dāng)N N溝道溝道JFETJFET工作時(shí)，需：工作時(shí)，需：vGSvDS+-dgs在柵極和源極在柵極和源極間加一個(gè)負(fù)電壓間加一個(gè)負(fù)電壓( (vGS uGS (off) 時(shí)時(shí), 導(dǎo)通。導(dǎo)通。3、飽和漏電流、飽和漏電流IDSS 在在uGS =0, 時(shí)的漏極電流。時(shí)的漏極電流。通常令通常令uGS =0， uDS =10V時(shí)時(shí),測(cè)得的測(cè)得的i D 即為即為IDSS 。場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)常量DS

5、GSDmUuig)(offGSDSUuvGSvDS+-dgs第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路sgVdDDdiGGVp+p+u=-3VDSGSuGS=-1VuuuGS(mA)=-2VDiGS=0VuGS=0VuGS=-1V3.1.2JFET的特性曲線 輸出特性曲線常數(shù)GSuDSDufi第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路恒流區(qū)的特點(diǎn)：恒流區(qū)的特點(diǎn)：iD / /vGS= =gm常數(shù)常數(shù) 即：即：iD = =gmvGS （放大原理）（放大原理） 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) 恒流區(qū)、飽和區(qū)、恒流區(qū)、飽和區(qū)、線性放大區(qū)線性放大區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) 擊穿區(qū)擊穿區(qū)u=-3VDSGSuGS=-1VuuuGS(mA)=-2VDiGS

6、=0V可變電阻區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對(duì)應(yīng)于截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對(duì)應(yīng)于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路UGS(off）時(shí)當(dāng)0 1)(2)(GSoffGSoffGSGSDSSDuUUuIi只要給出只要給出IDSS和和UGS(off）就可以把轉(zhuǎn)移就可以把轉(zhuǎn)移特性中的其他點(diǎn)近似計(jì)算出來。特性中的其他點(diǎn)近似計(jì)算出來。轉(zhuǎn)移特性曲線常數(shù)DSuGSDufi可表示為：可表示為：第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路3.2 3.2 金屬氧化物半導(dǎo)體金屬氧化物半導(dǎo)體（絕緣柵型）（絕緣柵型）場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管MOSFETP溝道溝道N溝道

7、溝道N溝道溝道P溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型分類：增強(qiáng)型增強(qiáng)型：指指UGS=0時(shí)，時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道，即沒有導(dǎo)電溝道，即iD=0，而必須依靠柵源電壓而必須依靠柵源電壓UGS的作用，才形成感生的作用，才形成感生溝道的溝道的FET。耗盡型耗盡型：指指UGS=0時(shí)，時(shí)，也會(huì)存在導(dǎo)電溝道也會(huì)存在導(dǎo)電溝道，iD0的的FET。第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路-N+NP襯底sgdb源極柵極漏極襯底符號(hào)：符號(hào)：3.2.1.N溝道增強(qiáng)型MOSFET 結(jié)構(gòu)SiO2絕緣層絕緣層鋁電極鋁電極半導(dǎo)體半導(dǎo)體第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路 定義： 開啟電壓（ UT）剛剛產(chǎn)生溝道所需的柵源電壓UGS。 N溝道增強(qiáng)型MOS管的基本

8、特性： uGS UT，管子截止， uGS UT，管子導(dǎo)通。 uGS 越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓uDS作用下，漏極電流ID越大。第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路 在柵極下方的在柵極下方的SiO2層層中摻入了大量的金屬中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)正離子。所以當(dāng)uGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)時(shí)，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成感應(yīng)出反型層，形成了溝道。了溝道。-g漏極s+N襯底P襯底源極d柵極bN+ +符號(hào)3.2.2 N溝道耗盡型MOSFET可以在正或負(fù)的柵源可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基電壓下工作，而且基本上無柵流本上無柵流第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管N溝溝道道增增強(qiáng)強(qiáng)型型

9、P溝溝道道增增強(qiáng)強(qiáng)型型各種FET的比較與使用注意事項(xiàng)第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路絕絕緣緣柵柵場(chǎng)場(chǎng)效效應(yīng)應(yīng)管管 N溝溝道道耗耗盡盡型型P 溝溝道道耗耗盡盡型型第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路結(jié)結(jié)型型場(chǎng)場(chǎng)效效應(yīng)應(yīng)管管 N N溝溝道道耗耗盡盡型型P P溝溝道道耗耗盡盡型型第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路 思考：思考：1、 JEFT的柵極與溝道間的的柵極與溝道間的PN結(jié)在一般作為放大器件工作結(jié)在一般作為放大器件工作時(shí)，能用正向偏置嗎？時(shí)，能用正向偏置嗎？BJT的發(fā)射結(jié)呢？的發(fā)射結(jié)呢？答：答：JEFT的柵極與溝道間的的柵極與溝道間的PN結(jié)在一般作為放大器件工結(jié)在一般作為放大器件工作時(shí)，不可以用正向偏置。因?yàn)楫?dāng)作

10、時(shí)，不可以用正向偏置。因?yàn)楫?dāng)JFET正偏時(shí)，其正偏時(shí)，其PN結(jié)結(jié)都處于正偏狀態(tài)，溝道兩側(cè)的耗盡層消失，對(duì)都處于正偏狀態(tài)，溝道兩側(cè)的耗盡層消失，對(duì)DS溝道失去溝道失去了控制作用了控制作用，所以失去放大作用。所以失去放大作用。BJT的發(fā)射結(jié)要求正偏。的發(fā)射結(jié)要求正偏。 2、圖示符號(hào)各表示哪種溝道的圖示符號(hào)各表示哪種溝道的JEFT？其箭頭方向代表？其箭頭方向代表什么？什么？答：圖答：圖(a)為為N溝道，溝道，(b)為為P溝道場(chǎng)效應(yīng)管。溝道場(chǎng)效應(yīng)管。箭頭方向代表正偏方向箭頭方向代表正偏方向第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路3.4 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路(1) 靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，使場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，場(chǎng)效應(yīng)

11、管的偏置電路相對(duì)簡(jiǎn)單。 (2) 動(dòng)態(tài)：能為交流信號(hào)提供通路。組成原則：靜態(tài)分析： 估算法、圖解法。動(dòng)態(tài)分析：微變等效電路法。分析方法：第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路例 分壓式偏置電路下圖中，設(shè)漏極電源下圖中，設(shè)漏極電源VDD=18V ，VGS(Off) =-1V，IDSS=0.5mA，求出，求出Q點(diǎn)和動(dòng)態(tài)分析參數(shù)。點(diǎn)和動(dòng)態(tài)分析參數(shù)。DDggggVRRRV212+gTRdRC12CuouiVD DCdsg1Rg2Rg3RvivoVg2M47K10M2k30k4.7F0.01FiDVSAIg3思考：思考：為何為何Vg與與Rg3無關(guān)？無關(guān)？ Rg310M Ig30，可認(rèn)為在，可認(rèn)為在Rg3上沒上沒有壓

12、降，故有壓降，故VgVA第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路漏極電源漏極電源VDD經(jīng)分壓電阻經(jīng)分壓電阻Rg1和和Rg2分壓后，通過分壓后，通過Rg3供給柵極供給柵極電壓電壓Vg，則，則DDggggVRRRV212+gTRdRC12CuouiVD DCdsg1Rg2Rg3RvivoVg2M47K10M2k30k4.7F0.01FiDVSAIg3思考：思考：為何為何Vg與與Rg3無關(guān)？無關(guān)？ Rg310M Ig30，可認(rèn)為在，可認(rèn)為在Rg3上沒上沒有壓降，故有壓降，故VgVA第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路SGGSVVVRIVRRRDDDg2g1g2 2GS(off)GSDSSD)1 (VVII可解出可解出Q

13、點(diǎn)的點(diǎn)的VGS 、 ID 已知已知V GS(off)，設(shè)，設(shè)JFET工作在恒流區(qū)工作在恒流區(qū)RIVRRRVDDDg2g1g2GSVDS =VDD- ID (Rd + R )再求：再求：計(jì)算計(jì)算Q點(diǎn)：即求出點(diǎn)：即求出VGS 、 ID 、VDS+gTRdRC12CuouiVD DCdsg1Rg2Rg3RvivoVg2M47M10M2k30k4.7F0.01FiDVSAIg3 該電路產(chǎn)生的柵源該電路產(chǎn)生的柵源電壓可正可負(fù)可為電壓可正可負(fù)可為0 0，所以適用，所以適用于于所有的所有的場(chǎng)效應(yīng)管電路！場(chǎng)效應(yīng)管電路！注意啦 第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路DDGSIIRIVRRRV33363DDDg2g1g21

14、0*24 . 010*210*4710*218*10*4723232GS(off)GSDSSD)1 (10*5 . 0)11 (10*5 . 0)1 (GSGSVVVVIIVDS =VDD- ID (Rd + R )計(jì)算計(jì)算Q點(diǎn)：即求出點(diǎn)：即求出VGS 、 ID 、VDS+gTRdRC12CuouiVD DCdsg1Rg2Rg3RvivoVg2M47M10M2k30k4.7F0.01FiDVSAIg3mAI)64. 095. 0(DmAIIDSS5 . 0DmAI31.0DVV22.0GSQVDSQ =8.1V第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路 畫出放大電路的交流小信號(hào)等效電路畫出放大電路的交流小信

15、號(hào)等效電路 求電壓放大倍數(shù)求電壓放大倍數(shù) 求輸入電阻求輸入電阻 求輸出電阻求輸出電阻動(dòng)態(tài)分析：動(dòng)態(tài)分析：【步驟與BJT放大電路相同】FET放大電路動(dòng)態(tài)分析第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路FET的低頻小信號(hào)模型，均均開開路路。認(rèn)認(rèn)為為在在簡(jiǎn)簡(jiǎn)化化模模型型中中，很很大大，和和一一般般dsgsrr g s s g d d + rds gsmVggsVrgs -vGSiD-vDSdIJFET低頻小信號(hào)等效模型低頻小信號(hào)等效模型 g s d + gsmVggsV簡(jiǎn)化后的實(shí)用模型第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路+C2RuTg3D D1Rg1CCVRRgdsig2dRuoRL+-+uiugdugsugsmRg3g1

16、Rg2RiRLR-S-o+gROdRiVgsVoVgsmVg 畫出等效電路畫出等效電路 第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路 求電壓放大倍數(shù)求電壓放大倍數(shù)則則)/(LdmioVRRgVVAmsUuUIgoffGSGSoffGSDSS22. 1)122. 01 (110*5 . 0*2)1 (23)()(m)0()(GSoffGSuU+uiugdugsugsmRg3g1Rg2RiRLR-S-o+gROdRiVgsVoVgsmVggsiVV)/(LdgsmoRRVgV15. 9)103010*30(22. 1)/(LdmVRRgA第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路 求輸入電阻求輸入電阻 求輸出電阻求輸出電阻MR

17、RRR1010*4710*210*47*10*210*10)/(36366g2g1g3iKRR30do+uiugdugsugsmRg3g1Rg2RiRLR-S-o+gROdRiVgsVoVgsmVg第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路v雙極型和場(chǎng)效應(yīng)型三極管的比較雙極型三極管雙極型三極管 單極型場(chǎng)效應(yīng)管單極型場(chǎng)效應(yīng)管輸入量輸入量電流輸入電流輸入電壓輸入電壓輸入控制控制電流控制電流源電流控制電流源電壓控制電流源電壓控制電流源輸入電阻輸入電阻幾十到幾千歐幾十到幾千歐幾兆歐以上幾兆歐以上熱噪聲熱噪聲較大較大較小，較小，適用于低噪適用于低噪聲聲放大器放大器的前置級(jí)的前置級(jí) 頻率特性頻率特性好好相對(duì)較差相對(duì)較差靜電影響靜電影響不受靜電影響不受靜電影響易受靜電影響易受靜電影響制造工藝制造工藝不宜大規(guī)模集成不宜大規(guī)模集成適宜大規(guī)模和超大適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成規(guī)模集成本章小結(jié)第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路3.12 已知電路參數(shù)如圖所示，已知電路參數(shù)如圖所示，F(xiàn)ET工作點(diǎn)上的互導(dǎo)工作點(diǎn)上的互導(dǎo)gm = 1ms，設(shè)設(shè)rd Rd。（。（1）畫出電路的）畫出電路的小信號(hào)模型；（小信號(hào)模型；（2）求電壓增益）求電壓增益Au；（；（3）求放大器的輸入電阻）求放大器的輸入電阻Ri。u0+C2RuTg3