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1、第3章場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其放大電路3.1場(chǎng)效應(yīng)晶體管3.2場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路3.3多級(jí)放大電路場(chǎng)效應(yīng)管(Field Effect Transistor,簡(jiǎn)稱FET) 本章教學(xué)要求了解場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)、工作原理,掌握?qǐng)鲂?yīng)晶體管的外特性及主要參數(shù);掌握?qǐng)鲂?yīng)晶體管的共源、共漏極放大電路分析方法;理解多級(jí)放大器的級(jí)聯(lián)方式及其特點(diǎn),掌握多級(jí)放大器的放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻的計(jì)算方法。1.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)a)N溝道結(jié)構(gòu)示意圖b)N溝道圖形符號(hào)c)P溝道結(jié)構(gòu)示意圖d)P溝道圖形符號(hào)3.1場(chǎng)效應(yīng)晶體管3.1.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管G: 柵極S: 源極D: 漏極2.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工作原理N溝

2、道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管直流偏置電路加壓原則:在柵源極之間加電壓,使柵-源極間的PN結(jié)反偏,柵極電流iG0 。在漏-源極之間加電壓,使溝道中的多數(shù)載流子在電場(chǎng)作用下由源極向漏極作定向移動(dòng),形成漏極電流iD。 (1)當(dāng)uDS0V時(shí),uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用a)uGS=0V b)UGS(off)uGS0V c)uGSUGS(off)UGS(off):夾斷電壓(2)當(dāng)UGS(off)uGS0V時(shí),uDS對(duì)漏極電流iD的影響a)uGS-uDS UGS(off) b)uGS-uDS= UGS(off) c)uGS-uDSUGS(off)小結(jié):1)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極與溝道之間的PN結(jié)是反向偏置,因此,柵極電

3、流iG0,輸入阻抗很高。2)漏極電流iD受柵-源電壓uGS控制,所以場(chǎng)效應(yīng)晶體管是電壓控制電流型器件。3)預(yù)夾斷前,即uDS較小時(shí),iD與uDS間基本呈線性關(guān)系;預(yù)夾斷后,iD趨于飽和。(1)輸出特性曲線 1)可變電阻區(qū)2)恒流區(qū)(飽和區(qū)、放大區(qū)) 3)擊穿區(qū)4)截止區(qū)(夾斷區(qū))3.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的特性曲線(2)轉(zhuǎn)移特性曲線a)轉(zhuǎn)移特性曲線b)輸出特性曲線iDIDSS (UGS(off)uGS0) (1)結(jié)構(gòu)a)N溝道增強(qiáng)型MOS管結(jié)構(gòu)示意圖b)N溝道增強(qiáng)型MOS管符號(hào)c)P溝道增強(qiáng)型MOS管符號(hào)3.1.2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管1.N溝道增強(qiáng)型MOS管(2)增強(qiáng)型FET加壓原則:在柵源極之間加

4、電壓,使溝道開(kāi)啟在漏-源極之間加電壓,使溝道中的多數(shù)載流子在電場(chǎng)作用下由源極向漏極作定向移動(dòng),形成漏極電流iD。 1)uGS對(duì)iD及溝道的控制作用。a)耗盡層的形成b)導(dǎo)電溝道的形成(3)工作原理UGS(th):開(kāi)啟電壓,指開(kāi)始形成溝道時(shí)的柵-源極電壓。2)uDS對(duì)iD及溝道的控制作用。a)uDSuGS-UGS(th)(3)特性曲線a)輸出特性曲線b)轉(zhuǎn)移特性曲線iDID02.N溝道耗盡型MOS管a)N溝道耗盡型MOS管結(jié)構(gòu)示意圖b)N溝道耗盡型MOS管圖形符號(hào)c)P溝道耗盡型MOS管圖形符號(hào)N溝道耗盡型MOS的特性曲線1.直流參數(shù)(1)夾斷電壓UGS(off):當(dāng)uDS為某一固定值,使iD等

5、于某一微小電流,柵-源極間所加的電壓即為夾斷電壓。 (2)開(kāi)啟電壓UGS(th):當(dāng)uDS為某一固定值時(shí),使iD大于零所需的最小|uGS|值 (3)飽和漏極電流IDSS:在uGS=0的條件下,場(chǎng)效應(yīng)管發(fā)生預(yù)夾斷時(shí)的漏極電流。IDSS是結(jié)型場(chǎng)效管管子所能輸出的最大電流。(4)直流輸入電阻RGS:它是在漏-源極間短路的條件下,柵-源極間加一定電壓時(shí)柵-源極間的直流電阻。JFET的RGS一般大于 ,而MOS管的大于 3.1.3場(chǎng)效應(yīng)晶體管的主要電參數(shù)及特點(diǎn)2.交流參數(shù)(1)低頻跨導(dǎo)gm(2)輸出電阻rd:在恒流區(qū)內(nèi),iD幾乎不隨uDS而變化,因此,rd數(shù)值很大,一般為幾十千歐幾百千歐。(3)極間電容

6、CGS、CGD、CDS3.極限參數(shù)(1)最大漏極電流IDM(2)最大漏-源電壓U(BR)DS(3)最大柵-源電壓U(BR)GS(4)漏極最大耗散功率PDM例3-1在圖b所示電路中,場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出特性曲線如圖a所示,RD5k。試分析ui為0V、8V和10V三種情況下,uo分別為多少?解(1)當(dāng)uGSui0V時(shí),管子處于夾斷狀態(tài),因而iD0。而uoVDD15V。 (2)當(dāng)uGSuI8V時(shí),從輸出特性曲線可知,管子工作在恒流區(qū),iD1mA, 所以u(píng)OuDSVDDiDRD10V。 (3)當(dāng)uGSuI10V時(shí),假設(shè)管子工作在恒流區(qū),則iD約為2.2mA,因而uO uDSVDDiDRD15V2.2mA

7、5k4V。 但是,此時(shí)uDSuGSUGS(th)6V,說(shuō)明管子已不工作在恒流區(qū),而是工 作在可變電阻區(qū)。從輸出特性曲線可得uGS10V時(shí)漏源間的等效電阻約 為 因而3.2場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路1.直流偏置電路(a)自給偏壓電路 (b)分壓式偏置電路3.2.1直流偏置電路及其靜態(tài)分析2.靜態(tài)工作點(diǎn)的確定對(duì)圖a:對(duì)圖b:3.2.2場(chǎng)效應(yīng)晶體管的微變等效電路a)微變等效電路b)簡(jiǎn)化微變等效電路c)高頻模型3.2.3場(chǎng)效應(yīng)晶體管的三種基本放大電路1.共源極放大電路共源極放大電路分析結(jié)論:具有電壓放大能力輸出電壓與輸入電壓反相輸入電阻Ri很大2.共漏極放大電路求共漏極電路的輸出電阻:結(jié)論:沒(méi)有電壓放大能力

8、輸出電壓與輸入電壓同相輸入電阻高輸出電阻低又稱源極輸出器、源極電壓跟隨器3.共柵極放大電路結(jié)論:由于共柵極電路失去了場(chǎng)效應(yīng)管電路高輸入電阻的特點(diǎn),所以極少使用。 3.3.1多級(jí)放大電路的組成及耦合方式3.3多級(jí)放大電路1.多級(jí)放大電路的組成2.多級(jí)放大電路的耦合方式(1) 阻容耦合(2) 直接耦合(3) 變壓器耦合(1) 阻容耦合阻容耦合兩級(jí)放大電路(2) 變壓器耦合變壓器耦合多級(jí)放大電路(3) 直接耦合直接耦合兩級(jí)放大電路3.3.2多級(jí)放大器技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算1.電壓放大倍數(shù):2.輸入電阻:3.輸出電阻:4.帶寬:例3-5在圖3-20所示電路中,設(shè)靜態(tài)工作點(diǎn)合適,其中各電容器的電容量均足夠大,場(chǎng)

9、效應(yīng)晶體管和晶體管的gm、rbe已知。試求該放大電路的 、Ri和Ro的值。解畫出該電路的微變等效電路RiRG3+RG1/RG2RoRC例:電路如圖所示,試求放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。已知T1管gm0.8mA/V,T2管rbe=1.2k,=100 。例:請(qǐng)用三極管(=100,=300,UBEQ=0.7V)設(shè)計(jì)一個(gè)兩級(jí)放大電路,要求輸入電阻Ri2k,輸出電阻Ro100,并且當(dāng)ui=0.1sintV,要求輸出電壓uo=sintV,已知電源電壓VCC=15V,負(fù)載電阻RL=100。要求說(shuō)明各級(jí)電路設(shè)計(jì)過(guò)程,并給出完整的電路圖。本章小結(jié)1. 場(chǎng)效應(yīng)管有結(jié)型和絕緣柵型兩種類型,它們都有N溝道和P溝道兩

10、類。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管又分為增強(qiáng)型和耗盡型。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管只有耗盡型。2. 場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制型器件,而半導(dǎo)體三極管是電流控制型器件,區(qū)別在于場(chǎng)效應(yīng)管是通過(guò)柵-源電壓uGS控制漏極電流iD,體現(xiàn)這種控制作用的是跨導(dǎo)gm。3. 場(chǎng)效應(yīng)管可以工作于三種狀態(tài):可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和截止區(qū)。4. 場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)柵極幾乎沒(méi)有電流通過(guò),故輸入電阻很大,適合作為多級(jí)放大電路的輸入級(jí)。5. 場(chǎng)效應(yīng)管的直流偏置方式有自給偏壓式和分壓偏置式兩種,前者只適用于耗盡型FET。FET靜態(tài)工作點(diǎn)的估算有圖解法和公式估算法兩種,常用估算法。6場(chǎng)效應(yīng)管有共源極放大電路、共漏極放大電路(源極輸出器)和共柵極放大電路三種組態(tài)。共源極放大電路具有電壓放大能力

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