場效應(yīng)管及放大電路

關(guān)于場效應(yīng)管及放大電路12一、場效應(yīng)晶體管(FET)的分類N溝道P溝道增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)§4.1結(jié)型場效應(yīng)管第2頁,共45頁，2024年2月25日，星期天31、結(jié)構(gòu)

源極，用S或s表示N型導(dǎo)電溝道漏極，用D或d表示

P型區(qū)P型區(qū)柵極，用G或g表示柵極，用G或g表示符號符號二、結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和工作原理第3頁,共45頁，2024年2月25日，星期天4UGS<0,UDS=0VPN結(jié)反偏，|UGS|越大則耗盡區(qū)越寬，導(dǎo)電溝道越窄。2、工作原理（以N溝道為例）第4頁,共45頁，2024年2月25日，星期天5ID|UGS|越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。但當(dāng)|UGS|較小時，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。DS間相當(dāng)于線性電阻。第5頁,共45頁，2024年2月25日，星期天6NGSDUGSPPUGS達(dá)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UDS

0V，漏極電流ID=0A。ID第6頁,共45頁，2024年2月25日，星期天7UGS=0,UDS>0VID越靠近漏極，PN結(jié)反壓越大,耗盡層越寬，導(dǎo)電溝道越窄溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。第7頁,共45頁，2024年2月25日，星期天8當(dāng)UDS=|Vp|,發(fā)生預(yù)夾斷,ID=IDssUDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。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第8頁,共45頁，2024年2月25日，星期天9UGS<0,UDS>0VIDUGD=UGS-UDS=UP時發(fā)生預(yù)夾斷第9頁,共45頁，2024年2月25日，星期天10三、特性曲線和電流方程2.轉(zhuǎn)移特性VP1.輸出特性第10頁,共45頁，2024年2月25日，星期天11

結(jié)型場效應(yīng)管的缺點：1.柵源極間的電阻雖然可達(dá)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(yīng)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。第11頁,共45頁，2024年2月25日，星期天12絕緣柵型場效應(yīng)三極管MOSFET(MetalOxide

SemiconductorFET)。分為

增強型

N溝道、P溝道

耗盡型

N溝道、P溝道§4.2絕緣柵場效應(yīng)管（MOS)第12頁,共45頁，2024年2月25日，星期天13一N溝道增強型MOSFET1結(jié)構(gòu)

第13頁,共45頁，2024年2月25日，星期天142工作原理

(1)VGS=0V時，漏源之間相當(dāng)兩個背靠背的二極管，在D、S之間加上電壓不會在D、S間形成電流。(2)VGS>VGS（th)>0時，形成導(dǎo)電溝道反型層第14頁,共45頁，2024年2月25日，星期天15(3)VGS>VGS（th)>0時，VDS>0

VDS=VDG＋VGS

=－VGD＋VGS

VGD=VGS－VDS

＝

VGS（th)時發(fā)生預(yù)夾斷第15頁,共45頁，2024年2月25日，星期天163N溝道增強型MOS管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線

ID=f(VGS)

VDS=const第16頁,共45頁，2024年2月25日，星期天17輸出特性曲線ID=f(VDS)

VGS=const第17頁,共45頁，2024年2月25日，星期天18二N溝道耗盡型MOSFET(a)結(jié)構(gòu)示意圖(b)轉(zhuǎn)移特性曲線

第18頁,共45頁，2024年2月25日，星期天19輸出特性曲線IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>0第19頁,共45頁，2024年2月25日，星期天20P溝道MOSFET

P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。第20頁,共45頁，2024年2月25日，星期天21§4.3

雙極型和場效應(yīng)型三極管的比較

雙極型三極管

場效應(yīng)三極管結(jié)構(gòu)NPN型結(jié)型耗盡型N溝道P溝道 PNP型絕緣柵增強型N溝道P溝道絕緣柵耗盡型N溝道P溝道

C與E一般不可倒置使用D與S有的型號可倒置使用載流子多子擴散少子漂移多子漂移輸入量電流輸入電壓輸入控制電流控制電流源CCCS(β)電壓控制電流源VCCS(gm)第21頁,共45頁，2024年2月25日，星期天22

§4.4場效應(yīng)管的參數(shù)和型號一場效應(yīng)管的參數(shù)

①開啟電壓VGS(th)(或VT)

開啟電壓是MOS增強型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對值,場效應(yīng)管不能導(dǎo)通。

②夾斷電壓VGS(off)(或VP)

夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)VGS=VGS(off)時,漏極電流為零。③飽和漏極電流IDSS

耗盡型場效應(yīng)三極管,當(dāng)VGS=0時所對應(yīng)的漏極電流第22頁,共45頁，2024年2月25日，星期天23

④輸入電阻RGS

場效應(yīng)三極管的柵源輸入電阻的典型值，對于結(jié)型場效應(yīng)三極管，反偏時RGS約大于107Ω，對于絕緣柵型場效應(yīng)三極管,RGS約是109～1015Ω。

⑤低頻跨導(dǎo)gm

低頻跨導(dǎo)反映了柵壓對漏極電流的控制作用，這一點與電子管的控制作用相似。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取，也可由電流方程求得第23頁,共45頁，2024年2月25日，星期天24⑥最大漏極功耗PDM

最大漏極功耗可由PDM=VDSID決定，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)。7漏、源間擊穿電壓BUDS

輸出特性曲線上，當(dāng)漏極電流急劇增加，產(chǎn)生雪崩擊穿時對應(yīng)的電壓。8柵、源間擊穿電壓BUGS

破壞性擊穿

第24頁,共45頁，2024年2月25日，星期天25二場效應(yīng)三極管的型號

場效應(yīng)三極管的型號,現(xiàn)行有兩種命名方法。其一是與雙極型三極管相同，第三位字母J代表結(jié)型場效應(yīng)管，O代表絕緣柵場效應(yīng)管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型層是N溝道；C是N型硅P溝道。例如,3DJ6D是結(jié)型N溝道場效應(yīng)三極管，3DO6C是絕緣柵型N溝道場效應(yīng)三極管。

第二種命名方法是CS××#，CS代表場效應(yīng)管，××以數(shù)字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規(guī)格。例如CS14A、CS45G等。第25頁,共45頁，2024年2月25日，星期天26幾種常用的場效應(yīng)三極管的主要參數(shù)第26頁,共45頁，2024年2月25日，星期天27

電路的組成原則及分析方法(1).靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點，使場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)(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4.5場效應(yīng)管放大電路

場效應(yīng)管具有輸入電阻高的特點，是電壓控制器件，即用柵源電壓uGS控制漏極電流iD。第27頁,共45頁，2024年2月25日，星期天28一自偏壓電路vGSQ點：VGS、ID、VDSvGS=VDS=VDD-ID(Rd+R)-iDR4.5場效應(yīng)管放大電路4.5.1共源放大電路第28頁,共45頁，2024年2月25日，星期天29一.靜態(tài)分析（Ui=0）

4.5.1共源放大電路G極絕緣IG=01.估算法UGS=

VGGID=

IDO（UGS/

UT–

1)2UDS=

VDD-

IDRD第29頁,共45頁，2024年2月25日，星期天30一.靜態(tài)分析（Ui=0）

直流負(fù)載線：2.圖解法UDS=

VDD–

IDRD直流負(fù)載線和UGS負(fù)載線的交點即為Q點。4.5.1共源放大電路第30頁,共45頁，2024年2月25日，星期天31GSD跨導(dǎo)漏極輸出電阻uGSiDuDS4.5.1共源放大電路二.動態(tài)分析（等效電路法）第31頁,共45頁，2024年2月25日，星期天32很大，可忽略。

場效應(yīng)管的微變等效電路為：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds第32頁,共45頁，2024年2月25日，星期天33

共源極放大電路uoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10ksgR2R1RGRL'dRLRD微變等效電路第33頁,共45頁，2024年2月25日，星期天34sgR2R1RGRL'dRLRDro=RD=10k

第34頁,共45頁，2024年2月25日，星期天35共漏極放大電路－源極輸出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G第35頁,共45頁，2024年2月25日，星期天36uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro

ro

gR2R1RGsdRLRS微變等效電路第36頁,共45頁，2024年2月25日，星期天37riro

ro

gR2R1RGsdRLRS微變等效電路輸入電阻ri第37頁,共45頁，2024年2月25日，星期天38輸出電阻rogd微變等效電路ro

ro

R2R1RGsRS第38頁,共45頁，2024年2月25日，星期天39場效應(yīng)管放大電路小結(jié)(1)場效應(yīng)管放大器輸入電阻很大。(2)場效應(yīng)管共源極放大器(漏極輸出)輸入輸出反相，電壓放大倍數(shù)大于1；輸出電阻=RD。(3)場效應(yīng)管源極跟隨器輸入輸出同相，電壓放大倍數(shù)小于1且約等于1；輸出電阻小。第39頁,共45頁，2024年2月25日，星期天40設(shè):gm=3mA/V=50rbe=1.7K例題:前級:場效應(yīng)管共源極放大器后級:晶體管共射極放大器求:總電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻+UCCRS3M(+24V)R120KUi10KC2C3R4R3RLRE282K43K10K8KUo10KC1RCT1RE1CE2T2USCE1RD10KR21M第40頁,共45頁，2024年2月25日，星期天41（1）估算各級靜態(tài)工作點:（略）（2）動態(tài)分析:

微變等效電路R3R4RCRLRSR2R1R