场效应管及放大电路精.ppt

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1、场效应管及放大电路1第1页，本讲稿共44页一、场效应晶体管一、场效应晶体管(FET)的分类的分类N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)4.1 结型场效应管结型场效应管2第2页，本讲稿共44页1、结构、结构 源极源极，用用S或或s表示表示N型导电沟道型导电沟道漏极漏极，用用D或或d表示表示 P型区型区P型区型区栅极栅极，用用G或或g表示表示栅极栅极，用用G或或g表示表示符号符号符号符号二、结型场效应管的结构和工作原理二、结型场效应管的结构和工作原理3第

2、3页，本讲稿共44页u UGS0VID越靠近漏极，越靠近漏极，PN结反压越大结反压越大,耗尽层耗尽层越宽，导电沟道越越宽，导电沟道越窄窄沟道中仍是电阻沟道中仍是电阻特性，但是是非特性，但是是非线性电阻。线性电阻。7第7页，本讲稿共44页当当 UDS=|Vp|,发生预夹发生预夹断断,ID=IDssUDS增大则被夹断区增大则被夹断区向下延伸。此时，电向下延伸。此时，电流流ID由未被夹断区域由未被夹断区域中的载流子形成，基中的载流子形成，基本不随本不随UDS的增加而的增加而增加，呈恒流特性。增加，呈恒流特性。ID8第8页，本讲稿共44页u UGS0VIDUGD=UGS-UDS=UP时发生预夹断时发生

3、预夹断9第9页，本讲稿共44页三、特性曲线和电流方程三、特性曲线和电流方程2.转移特性转移特性 VP1.输出特性输出特性 10第10页，本讲稿共44页 结型场效应管的缺点：结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些以上，但在某些场合仍嫌不够高。场合仍嫌不够高。3.栅源极间的栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。电阻会显著下降

4、。11第11页，本讲稿共44页绝缘栅型场效应三极管MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET)。分为 增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道 4.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（MOS)12第12页，本讲稿共44页一一 N沟道增强型沟道增强型MOSFET1 1 结构结构 13第13页，本讲稿共44页2 2 工作原理工作原理 (1)VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。(2)VGS VGS（th)0时，形成导电沟道反反型型层层14第14页，本讲稿共44页(3)VGS VGS（th)0时时，VDS0

5、VDS=VDGVGS =VGDVGS VGD=VGSVDS VGS（th)时发生预夹断时发生预夹断15第15页，本讲稿共44页3 N沟道增强型沟道增强型MOS管的特性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线 ID=f(VGS)VDS=const16第16页，本讲稿共44页输出特性曲线输出特性曲线ID=f(VDS)VGS=const17第17页，本讲稿共44页二二 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET (a)结构示意图 (b)转移特性曲线 18第18页，本讲稿共44页输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS=0UGS019第19页，本讲稿共44页P沟道沟道MOSFET P沟道MOSFET的工作

6、原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。20第20页，本讲稿共44页 4.3 4.3 双极型和场效应型三极管的比较双极型和场效应型三极管的比较 双极型三极管 场效应三极管结构 NPN型 结型耗尽型 N沟道 P沟道 PNP型 绝缘栅增强型 N沟道 P沟道 绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道 C与E一般不可倒置使用 D与S有的型号可倒置使用载流子 多子扩散少子漂移 多子漂移输入量 电流输入 电压输入控制 电流控制电流源CCCS()电压控制电流源VCCS(gm)21第21页，本讲稿共44页 4.4 场效应管的参数和型号场效

7、应管的参数和型号一一 场效应管的参数场效应管的参数 开启电压VGS(th)(或VT)开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。夹断电压VGS(off)(或VP)夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off)时,漏极电流为零。饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管,当VGS=0时所对应的漏极电流22第22页，本讲稿共44页 输入电阻RGS 场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107，对于绝缘栅型场效应三极管,RGS约是1091015。低频跨导gm 低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，这一点与电子管的控制

8、作用相似。gm可以在 转移特性曲线上求取，也可由电流方程求得23第23页，本讲稿共44页 最大漏极功耗PDM 最大漏极功耗可由PDM=VDS ID决定，与双极型三极管的PCM相当。7 漏、源间击穿电压 BUDS 输出特性曲线上，当漏极电流急剧增加，产生雪崩击穿时对应的电压。8 栅、源间击穿电压 BUGS 破坏性击穿 24第24页，本讲稿共44页二二 场效应三极管的型号 场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。其一是与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3

9、DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。第二种命名方法是CS#，CS代表场效应管，以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。25第25页，本讲稿共44页几种常用的场效应三极管的主要参数26第26页，本讲稿共44页 电路的组成原则及分析方法电路的组成原则及分析方法(1).静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区恒流区 (2).动态动态:能为交流信号提供通路能为交流信号提供通路组成原则组成原则静态分析：静态分析：估算法、图解法。估算法、图解法。动态分析：动态分析：微变等效电路法。微变等效电路法。分析方法分析方法

10、4.5 4.5 场效应管放大电路场效应管放大电路 场效应管具有输入电阻高的特点，是电压控制器件，即用栅源场效应管具有输入电阻高的特点，是电压控制器件，即用栅源电压电压u uGSGS控制漏极电流控制漏极电流i iD D。27第27页，本讲稿共44页一一 自偏压电路自偏压电路vGSQ点：点：VGS、ID、VDSvGS=VDS=VDD-ID(Rd+R)-iDR4.5 4.5 场效应管放大电路场效应管放大电路 4.5.1 共源放大电路共源放大电路28第28页，本讲稿共44页一一.静态分析（静态分析（U Ui i=0=0）4.5.1 共源放大电路共源放大电路G G极绝缘极绝缘 I IG G=0=01.1

11、.估算法估算法U UGS GS=V VGGGGI ID D=I IDODO（U UGS GS/U UT T 1)1)2 2U UDS DS=V VDDDD-I ID D R RD D 29第29页，本讲稿共44页一一.静态分析（静态分析（U Ui i=0=0）直流负载线：直流负载线：2.2.图解法图解法U UDS DS=V VDD DD I ID D R RD D直流负载线和直流负载线和U UGSGS负载线的交点即为负载线的交点即为Q Q点。点。4.5.1 共源放大电路共源放大电路30第30页，本讲稿共44页GSD跨导跨导漏极输出电阻漏极输出电阻uGSiDuDS4.5.1 共源放大电路共源放大

12、电路二二.动态分析（等效电路法）动态分析（等效电路法）31第31页，本讲稿共44页很大，很大，可忽略。可忽略。场效应管的微变等效电路为：场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds32第32页，本讲稿共44页 共源极放大电路共源极放大电路uoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10ksgR2R1RGRLdRLRD微变等效电路微变等效电路33第33页，本讲稿共44页sgR2R1RGRLdRLRDro=RD=10k 34第34页，本讲稿共44页共漏极放大电路共漏极放大电路 源极输

13、出器源极输出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G35第35页，本讲稿共44页uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro ro gR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路36第36页，本讲稿共44页riro ro gR2R1RGsdRLRS微变等效电路微变等效电路输入电阻输入电阻 ri37第37页，本讲稿共44页输出电阻输出电阻 rogd微变等效电路微变等效电路ro ro R2R1RGsRS38第38页，本讲稿共44页场效应管放大电路小结场效应管放大电路小结(1)场效应管放大器输入电阻很大。场效应管放大器输入

14、电阻很大。(2)场效应管共源极放大器场效应管共源极放大器(漏极输出漏极输出)输入输出反输入输出反相，电压放大倍数大于相，电压放大倍数大于1；输出电阻；输出电阻=RD。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于倍数小于1且约等于且约等于1；输出电阻小。；输出电阻小。39第39页，本讲稿共44页设设:gm=3mA/V=50rbe=1.7K例题例题:前级前级:场效应管场效应管共源极放大器共源极放大器后级后级:晶体管晶体管共射极放大器共射极放大器求求:总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻+UCCRS3M(+24V)R1

15、20KUi10KC2C3R4R3RLRE282K43K10K8KUo10KC1RCT1RE1CE2T2USCE1RD10KR21M40第40页，本讲稿共44页（1）估算各级静态工作点）估算各级静态工作点:（略）（略）（2）动态分析）动态分析:微变等效电路微变等效电路R3R4RCRLRSR2R1RDIbIdrbeIcUGS首先计算第二级的输入电阻首先计算第二级的输入电阻 ri2=R3/R4/rbe=82/43/1.7=1.7 k 41第41页，本讲稿共44页R3R4RCRLRSR2R1RDIbIdrbeIcUGS第二步第二步:计算各级电压放大倍数计算各级电压放大倍数2=-RC2/RLrbe=-50(10/10)/1.7=-147AV1=-gmRL1=-gm(RD/ri2)=-3(10/1.7)=-4.442第42页，本讲稿共44页R3R4RCRLRSR2R1RDIbIdrbeIcUGS第三步第三步:计算输入电阻、输出电阻计算输入电阻、输出电阻ri=R1/R2=3/1=0.75M ro=RC=10k 43第43页，本讲稿共44页R3R4RCRLRSR2R1RDIbIdrbeIcUGS第四步第四步:计算总电压放大倍数计算总电压放大倍数riRS+riAVS=AV =647 750/(20+750)=63044第44页，本讲稿共44页