第四章場效應管放大電路

場效應管與雙極型晶體管不同，它是多子導電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場效應管JFET絕緣柵型場效應管MOS場效應管有兩種:§第四章場效應晶體管N基底：N型半導體PP兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極一、結(jié)構(gòu)4.1結(jié)型場效應管:導電溝道NPPG(柵極)S源極D漏極N溝道結(jié)型場效應管DGSDGSPNNG(柵極)S源極D漏極P溝道結(jié)型場效應管DGSDGS

圖N溝道結(jié)型場效應管結(jié)構(gòu)與電路(a)N溝道結(jié)構(gòu)示意圖;(b)N溝道管電路;(c)P溝道管電路EGED￡?￡-￡?￡-UGS￡?￡-UDSIDEGED￡?￡-￡?￡-UGS￡?￡-UDSIDEG￡?ED￡?S源極N型溝道漏極D耗盡層P￡?型柵區(qū)G柵極(a)(b)(c)Is￡?￡-￡?￡-二、工作原理（以P溝道為例）UDS=0V時PGSDUDSUGSNNNNIDPN結(jié)反偏，UGS越大則耗盡區(qū)越寬，導電溝道越窄。PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V時NNUGS越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。但當UGS較小時，耗盡區(qū)寬度有限，存在導電溝道。DS間相當于線性電阻。PGSDUDSUGSNNUDS=0時UGS達到一定值時（夾斷電壓VP）,耗盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，這時，即使UDS0V，漏極電流ID=0A。IDPGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS>0、UGD<VP時耗盡區(qū)的形狀NN越靠近漏端，PN結(jié)反壓越大IDPGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS較大時UGD<VP時耗盡區(qū)的形狀NN溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。IDGSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP時NN漏端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。UDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。IDGSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP時NN此時，電流ID由未被夾斷區(qū)域中的載流子形成，基本不隨UDS的增加而增加，呈恒流特性。ID三、特性曲線UGS0IDIDSSVP飽和漏極電流夾斷電壓轉(zhuǎn)移特性曲線一定UDS下的ID-UGS曲線予夾斷曲線IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可變電阻區(qū)夾斷區(qū)恒流區(qū)輸出特性曲線0N溝道結(jié)型場效應管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線UGS0IDIDSSVP輸出特性曲線IDUDS0UGS=0V-1V-3V-4V-5VN溝道結(jié)型場效應管的特性曲線結(jié)型場效應管的缺點：1.柵源極間的電阻雖然可達107以上，但在某些場合仍嫌不夠高。3.柵源極間的PN結(jié)加正向電壓時，將出現(xiàn)較大的柵極電流。絕緣柵場效應管可以很好地解決這些問題。2.在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會顯著下降。絕緣柵(金屬-氧化物-半導體)場效應管結(jié)構(gòu)示意圖(a)立體圖；(b)剖面圖4.2絕緣柵場效應管:一、結(jié)構(gòu)和電路符號PNNGSDP型基底兩個N區(qū)SiO2絕緣層導電溝道金屬鋁GSDN溝道增強型N溝道耗盡型PNNGSD予埋了導電溝道GSDNPPGSDGSDP溝道增強型P溝道耗盡型NPPGSDGSD予埋了導電溝道二、MOS管的工作原理以N溝道增強型為例PNNGSDUDSUGSUGS=0時D-S間相當于兩個反接的PN結(jié)ID=0對應截止區(qū)PNNGSDUDSUGSUGS>0時UGS足夠大時（UGS>VT）感應出足夠多電子，這里出現(xiàn)以電子導電為主的N型導電溝道。感應出電子VT稱為閾值電壓UGS較小時，導電溝道相當于電阻將D-S連接起來，UGS越大此電阻越小。PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDSUGS當UDS不太大時，導電溝道在兩個N區(qū)間是均勻的。當UDS較大時，靠近D區(qū)的導電溝道變窄。PNNGSDUDSUGS夾斷后，即使UDS繼續(xù)增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VT時，靠近D端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。三、增強型N溝道MOS管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT輸出特性曲線IDUDS0UGS>0四、耗盡型N溝道MOS管的特性曲線耗盡型的MOS管UGS=0時就有導電溝道，加反向電壓才能夾斷。轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT輸出特性曲線IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>04.3場效應管的特點

(1)場效應管是一種電壓控制器件,即通過UGS來控制ID。(2)場效應管輸入端幾乎沒有電流,所以其直流輸入電阻和交流輸入電阻都非常高。(3)由于場效應管是利用多數(shù)載流子導電的,因此,與雙極性三極管相比,具有噪聲小、受幅射的影響小、熱穩(wěn)定性較好而且存在零溫度系數(shù)工作點等特性。

(4)由于場效應管的結(jié)構(gòu)對稱,有時漏極和源極可以互換使用,而各項指標基本上不受影響,因此應用時比較方便、靈活。(5)場效應管的制造工藝簡單,有利于大規(guī)模集成。(6)由于MOS場效應管的輸入電阻可高達1015Ω,因此,由外界靜電感應所產(chǎn)生的電荷不易泄漏,而柵極上的SiO2絕緣層又很薄,這將在柵極上產(chǎn)生很高的電場強度,以致引起絕緣層擊穿而損壞管子。(7)場效應管的跨導較小,當組成放大電路時,在相同的負載電阻下,電壓放大倍數(shù)比雙極型三極管低。

圖4–14場效應管的零溫度系數(shù)工作點圖4-15柵極過壓保護電路§4.4場效應管放大電路(1)靜態(tài)：適當?shù)撵o態(tài)工作點，使場效應管工作在恒流區(qū)，場效應管的偏置電路相對簡單。(2)動態(tài)：能為交流信號提供通路。組成原則：靜態(tài)分析：估算法、圖解法。動態(tài)分析：微變等效電路法。分析方法：4.4.1場效應管的微變等效電路GSD跨導漏極輸出電阻uGSiDuDS很大，可忽略。

場效應管的微變等效電路為：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds4.4.2場效應管的共源極放大電路一、靜態(tài)分析求：UDS和ID。設：UG>>UGS則：UGUS而：IG=0所以：UDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kuoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、動態(tài)分析sgR2R1RGRL'dRLRD微變等效電路sgR2R1RGRL'dRLRDro=RD=10k4.4.3源極輸出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、靜態(tài)分析USUGUDS=UDD-US

=20-5=15Vuo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro

rogR2R1RGsdRLRS微變等效電路二、動態(tài)分析riro

rogR2R1RGsdRL