场效应管放大电路PPT讲稿.ppt

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1、场效应管放大电路第1页，共30页，编辑于2022年，星期六15.1 5.1 结型场效应管结型场效应管5.1.1 JFET5.1.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 1.1.结构结构:N Nd dg gs s高搀杂的高搀杂的P P型区型区.N N沟道沟道JEFTJEFT的示意图的示意图N N型导电型导电沟道沟道符号符号g gd ds s对于对于N N沟道沟道JEFTJEFT工作于放大状态，工作于放大状态，v vGSGS0.v00gg栅极，栅极，ss源极，源极，dd漏极漏极第2页，共30页，编辑于2022年，星期六2P Pd dg gs s高搀杂的高搀杂的N N型区型区.P P型导电型导

2、电沟道沟道P P沟道沟道JEFTJEFT的示意图的示意图对于对于P P沟道沟道JEFTJEFT工作于放大状态，工作于放大状态，v vGS GS 0.v0.vDSDS 0 0g gd ds s符号符号第3页，共30页，编辑于2022年，星期六32.2.工作原理工作原理(1)v(1)vGSGS对对i iD D的控制作用的控制作用 v vGSGS=0=0V Vp pvvGSGS0VVP P且不变且不变v vDSDS=0=0，耗尽层均匀耗尽层均匀v vGSGSVVp p v vGDGDVVp p ：沟道呈电阻性，：沟道呈电阻性，i iD D随随v vDSDS升高几乎成正比例的增加。升高几乎成正比例的增

3、加。v vDSDS不为不为0 0时，时，耗尽层变成锲型。耗尽层变成锲型。v vDSDS增加，增加，锲型的斜率加大。锲型的斜率加大。N Nd dg gs sN Nd dg gs s耗尽层耗尽层i iD D第6页，共30页，编辑于2022年，星期六6v vGDGD=v=vGSGS-v-vDSDSv vDS DS ，v vGDGD当当 v vGDGD=V=VP P时，时，靠近靠近D D端两边的耗尽层端两边的耗尽层相接触相接触预夹断预夹断。i iD D达到了最大值达到了最大值 I IDSSDSS。此时：此时：v vDSDS=v=vGSGS-V-VP Pv vDSDS再加大，再加大，v vGDGDV v

4、 vGSGS-V-VP P)耗尽层两边相接触的长度耗尽层两边相接触的长度增加，增加，i iD D基本上不随基本上不随v vDSDS的的增加而上升，漏极电流趋于增加而上升，漏极电流趋于饱和饱和饱和区，恒流区。饱和区，恒流区。N Nd dg gs sN Ng gd ds s预夹断预夹断夹断长夹断长度增加度增加第7页，共30页，编辑于2022年，星期六75-1-2 5-1-2 N N沟道，沟道，JFETJFET的特性曲线的特性曲线(1)(1)输出特性输出特性 i iD D=f(v=f(vDSDS)|v)|vGS=GS=常常数数在该区在该区FET FET 可以看可以看成一个压控电阻。成一个压控电阻。特

5、点特点:v vGSGS越负，耗尽层越宽，漏源越负，耗尽层越宽，漏源间的电阻越大，输出曲线越倾间的电阻越大，输出曲线越倾斜。斜。i iD D与与 v vDS DS 几乎成线性关系。几乎成线性关系。1 1区区:可变电阻区可变电阻区 0v0vGSGSVVP P ,0v ,0vGDGDVVp p第8页，共30页，编辑于2022年，星期六82 2区区 ：饱和区：饱和区（恒流区，线性放大区（恒流区，线性放大区 ）0 v0 vGS GS VVp,p,v vGDGDVVp p特点特点:i iD D 随随 v vGSGS下降而减少下降而减少,i iD D受受 v vGS GS 的控制。的控制。v vDS DS

6、增加时，增加时，i iD D基本保持基本保持不变，成不变，成恒流特性恒流特性。在该区域，场效应管等效成在该区域，场效应管等效成一个一个受受v vGSGS控制的恒流源控制的恒流源。场效应管作放大器场效应管作放大器时工作在该区域。时工作在该区域。第9页，共30页，编辑于2022年，星期六94 4区：区：击穿区击穿区 v vDSDS太大，致使栅漏太大，致使栅漏PNPN结雪崩击穿，结雪崩击穿，FETFET处于处于击穿状态击穿状态.。场效应管。场效应管一般不能工作在该区一般不能工作在该区域内。域内。3 3区：区：截止区截止区v vGSGSVVP P，v vGDGDVVP P i iD D=0=0场效应管

7、截止场效应管截止第10页，共30页，编辑于2022年，星期六10(2)(2)转移特性曲线转移特性曲线 i iD D=f(v=f(vGSGS)|v)|vDS=DS=常数常数表征栅源电压表征栅源电压v vGSGS对漏极电流的控制作用，对漏极电流的控制作用，场效应管是电压控制器件。场效应管是电压控制器件。在饱和区内，在饱和区内，FETFET可看作可看作压控电流源。压控电流源。转移特性方程：转移特性方程：i iD D=I=IDSSDSS(1-v(1-vGSGS/V/VP P)2 2V VP PI IDSSDSSv vGSGS-0.8-0.8 0.40.4v vGSGS第11页，共30页，编辑于2022

8、年，星期六11（3 3）主要参数）主要参数夹断电压：夹断电压：V VP P当导电沟道刚好完全被关闭时，栅源所对应的电压当导电沟道刚好完全被关闭时，栅源所对应的电压 v vGS GS 称称为夹断电压。为夹断电压。夹断电压与半导体的搀杂浓度有关。夹断电压与半导体的搀杂浓度有关。饱和漏电流：饱和漏电流：I IDSSDSS场效应管处于场效应管处于饱和区，饱和区，且且 v vGSGS=0=0 时的漏极电流，对于时的漏极电流，对于结型场效应管，为最大工作电流。结型场效应管，为最大工作电流。低频互导：低频互导：g gm m g gm m=di=diD D/dv/dvGSGS|v|vDSDS=常数常数反映了栅

9、源电压对漏极电流的控制能力，是转移特性曲反映了栅源电压对漏极电流的控制能力，是转移特性曲线上，静态工作点处的斜率。线上，静态工作点处的斜率。第12页，共30页，编辑于2022年，星期六12输出电阻：输出电阻：r rd d输出电阻反映了输出电阻反映了v vDSDS对对 i iD D的影响，是输出特性上，静态工的影响，是输出特性上，静态工作点处切线斜率的倒数。作点处切线斜率的倒数。在饱和区内，在饱和区内，i iD D随随v vDSDS改变很小，因此改变很小，因此 r rd d 数值很大。数值很大。最大漏源电压：最大漏源电压：V V(BR)DS(BR)DS最大耗散功率：最大耗散功率：P PDMDM第

10、13页，共30页，编辑于2022年，星期六134.3 4.3 金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半导体场效应管 4.3.1 N4.3.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFET金属栅极、金属栅极、SiOSiO2 2绝缘层、半导绝缘层、半导体，构成平板电容器。体，构成平板电容器。MOSFET MOSFET 利用栅源电压的大小，利用栅源电压的大小，来改变衬底来改变衬底 b b表面感生电荷的表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大多少，从而控制漏极电流的大小。小。N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管示意图管示意图N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管符号管符号s sg gd d衬底

11、衬底b b P PN+N+N+N+铝铝SiOSiO2 2MOSMOS场效应管的类型：场效应管的类型：增强型增强型：包括：包括N N沟道和沟道和P P沟道沟道耗尽型耗尽型：包括：包括N N沟道和沟道和P P沟道沟道d ds sg gb bP P沟道增强型沟道增强型MOSMOS管符号管符号d ds sg gb b第14页，共30页，编辑于2022年，星期六141 1、沟道形成原理、沟道形成原理 v vDSDS=0=0时，时，v vGSGS 的作用的作用在在SiOSiO2 2绝缘层中产生垂直向下的电场，绝缘层中产生垂直向下的电场，该电场排斥该电场排斥P P区中的多子空穴，而将少子电子区中的多子空穴，

12、而将少子电子吸向衬底表面。吸向衬底表面。v vGSGS不够大时不够大时，吸向衬底表面的电子将与空，吸向衬底表面的电子将与空穴复合而消失，衬底表面留下了负离子的穴复合而消失，衬底表面留下了负离子的空间电荷区空间电荷区耗尽层，并与两个耗尽层，并与两个PNPN结的耗尽结的耗尽层相连，此时源区和漏区隔断。层相连，此时源区和漏区隔断。无导电沟道无导电沟道 i iD D=0=0v vGSGS=0=0时时，i iD D=0=00v0vGSGSVVVT T刚形成反型层所需的刚形成反型层所需的 v vGS GS 的值的值开启电压开启电压V VT T 。v vGSGSVVVT T，沟道形成，沟道形成，v vDSD

13、S00时，将形成电流时，将形成电流i iD D。v vGS GS，沟道加宽，沟道电阻沟道加宽，沟道电阻，i iD D。g g P Pd ds sN+N+N+N+N N沟道沟道当外加正当外加正 v vDS DS 时，源区的多子时，源区的多子(电子电子)将沿反将沿反型层漂移到漏区形成漏极电流型层漂移到漏区形成漏极电流i iD D。第16页，共30页，编辑于2022年，星期六16 v vGSGSVVT T且不变且不变 ,v,vDSDS对沟道的影响对沟道的影响导电沟道形成后，导电沟道形成后，在在v vDSDS的作用下，形成漏极电流的作用下，形成漏极电流i iD D ，沿沟道沿沟道dsds，电位逐渐下降

14、，电位逐渐下降,sio sio2 2中电场沿沟道中电场沿沟道dsds逐渐加大，逐渐加大，导电沟道的宽度也沿沟道逐渐加大，靠近导电沟道的宽度也沿沟道逐渐加大，靠近漏极端最窄。漏极端最窄。v vGS GS VVT T,且且 v vGDGD V VT T (v(vDSDS v vGSGS-V-VT T )沟道畅通，场效应管等效为小电阻沟道畅通，场效应管等效为小电阻（可变电阻区）。（可变电阻区）。P PN+N+N+N+g gd ds sv vDSDS使沟道不使沟道不再均匀再均匀第17页，共30页，编辑于2022年，星期六17v vDSDS再再，使使 v vGDGDVvvGSGS-V-VT T)夹断点向

15、左移动，沟道中形成高阻区，夹断点向左移动，沟道中形成高阻区，电压的增加全部降在高阻区，电压的增加全部降在高阻区，i iD D基本不基本不变变恒流区。恒流区。v vDS DS ,v,vGD GD,沟道斜率沟道斜率，靠近漏极端更窄。靠近漏极端更窄。当当v vGDGD=V=VT T 时时 (v(vDSDS=v=vGSGS-V-VT T)靠近漏极端的反型层刚好消失靠近漏极端的反型层刚好消失预夹断。预夹断。预夹断预夹断g gd d P PN+N+N+N+s s s sg gd ds s P PN+N+N+N+第18页，共30页，编辑于2022年，星期六183 3、特性曲线、特性曲线1 1区：可变电阻区区

16、：可变电阻区:v vGSGSVVT T v vGDGDVVT T 沟道呈电阻性，沟道呈电阻性，i iD D随随v vDSDS的增的增大而线性增大。大而线性增大。电阻值随电阻值随v vGSGS增加而减小。增加而减小。2 2区：恒流区区：恒流区(线性放大区）线性放大区）v vGSGSVVT T v vGDGDVVT T i iD D=I=IDODO(v(vGSGS/V/VT T)-1)-12 2I IDODO是是v vGSGS=2V=2VT T时，时，i iD D的值。的值。i iD D 受受 v vGS GS 的控制。的控制。4 4区：击穿区区：击穿区3 3区区截止区截止区 v vGSGSVVT

17、 Tv vGDGDVV=0VTPTP T T1 1截止截止v vGSNGSN=V=VDDDDVVTNTN T T2 2导通导通v vo o=0=0v vi i=0=0v vGSPGSP=-V=-VDDDD V VTPTP T T1 1导通导通v vGSNGSN=0V=000,i,iD D为电子电流为电子电流,i,iDSDS00（电流实际方向流入漏）（电流实际方向流入漏）P P沟道沟道v vDSDS0 0,i,iD D为空穴电流为空穴电流,i,iDSDS0 0（电流实际方向流出漏）（电流实际方向流出漏）衬底的极性衬底的极性：必须保证：必须保证PNPN结反偏。结反偏。N N沟道：沟道：P P型型衬

18、底须接在电路中的最低电位上。衬底须接在电路中的最低电位上。P P沟道：沟道：N N型型衬底须接在电路中的最高电位上。衬底须接在电路中的最高电位上。增强型增强型MOSMOS管：管：v vGSGS单极性，总与单极性，总与v vDSDS一致（一致（N N沟道正，沟道正，P P沟道负）。沟道负）。v vGSGS=0=0时时 i iDSDS=0=0。耗尽型耗尽型MOSMOS管管：v vGSGS可正可负。可正可负。J J型场效应管：型场效应管：v vGSGS单极性，总与单极性，总与v vDSDS相反（相反（N N沟道负沟道负,，P P沟道正沟道正)。v vGSGS=0=0时时i iDS DS 0 0（绝对

19、值达最大）（绝对值达最大）转移特性：转移特性：N N沟道沟道v vGSGSi iDSDSv vGSGSi iDSDSP P沟道沟道第22页，共30页，编辑于2022年，星期六225.4 5.4 场效应管放大电路场效应管放大电路5.4.1 FET5.4.1 FET的直流偏置电路及静态分析的直流偏置电路及静态分析1 1 零偏压电路零偏压电路2 2 自偏压电路自偏压电路V VGSGS=-I=-ID DR RS SV VGSGS=0=0R Rd dV VDDDDs sg gR RG Gd db b直流偏置电路直流偏置电路R Rd dV VDDDDs sg gR RG Gd db bR RS S适应于耗

20、尽型适应于耗尽型MOSMOS场效应管场效应管适应于结型或耗适应于结型或耗尽型尽型MOSMOS管管第23页，共30页，编辑于2022年，星期六233 3 分压式自偏压电路分压式自偏压电路V VGSGS可正可负可正可负,适应于任何一种类型适应于任何一种类型.静态工作点的确定静态工作点的确定 根据外部电路列出线性方程根据外部电路列出线性方程 列出场效应管的转移特性方程列出场效应管的转移特性方程 R Rd dV VDDDDs sg gR Rg1g1d db bR RS SR Rg2g2R Rg3g3增强型增强型MOSMOS管管J J型、耗尽型型、耗尽型MOSMOS管管第24页，共30页，编辑于2022

21、年，星期六24例例R Rg3g3s sg gR RR Rd dV VDDDDR Rg1g1d dR Rg2g2J J型管型管i iD D不能大于不能大于I IDSSDSS1.59mA1.59mA的结果舍去的结果舍去I ID D=0.31mA=0.31mA第25页，共30页，编辑于2022年，星期六255.4.2 FET5.4.2 FET的小信号模型分析法的小信号模型分析法FETFET的低频小信号简化模型的低频小信号简化模型g gd ds sFETFET低频小信号模型低频小信号模型r rd dr rgsgsg gd ds sc cgsgsc cgdgdc cdsdsFETFET高频小信号模型高频

22、小信号模型.r rgsgsg gd ds sr rd d第26页，共30页，编辑于2022年，星期六26应用小信号模型分析应用小信号模型分析FETFET的放大电路的放大电路 共源放大共源放大:如果接有外负载如果接有外负载R RL LR Rd dV VDDDDs sg gR Rg1g1d db bR RR Rg2g2R Rg3g3R Rg g=R=Rg1g1/R/Rg2g2R Rg gR Rg3g3g gd ds sR Rd dR RL LR RL L第27页，共30页，编辑于2022年，星期六27源极电阻上无并联电容源极电阻上无并联电容:共源电路的特点共源电路的特点:电压增益大电压增益大,输出

23、电压和输入电压反相输出电压和输入电压反相.输入电阻高输入电阻高,输出电阻由漏极电阻输出电阻由漏极电阻R Rd d决定决定.s sR Rg gd dR Rg3g3R Rg g,R Rd dR Rg g=R=Rg1g1/R/Rg2g2第28页，共30页，编辑于2022年，星期六28共漏极放大器共漏极放大器 (源极跟随器源极跟随器)g gs sd dR RS SR Rg3g3R Rg gRRL L V VDDDDs sg gR Rg1g1d dR RR Rg2g2R Rg3g3R RL LR Rg g=R=Rg1g1/R/Rg2g2，R RL L=R/R=R/RL L第29页，共30页，编辑于2022年，星期六29输出电阻输出电阻特点特点:1 1电压增益小于电压增益小于1,1,但但接近于接近于1.1.且输入输且输入输出同相出同相.2 2输入电阻高输入电阻高,而输而输出电阻较低出电阻较低.s sg gd dR RS SR Rg3g3R Rg gR R 第30页，共30页，编辑于2022年，星期六30