ch场效应管放大电路.pptx

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1、2023/2/211只只有有一一种种载载流流子子参参与与导导电电，且且利利用用电电场场效效应应来来控控制制电流的三极管，称为电流的三极管，称为场效应管场效应管，也称，也称单极型三极管。单极型三极管。场效应管分类场效应管分类结型场效应管结型场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管特点特点单极型器件单极型器件(一种载流子导电一种载流子导电)；输入电阻高；输入电阻高；工工艺艺简简单单、易易集集成成、功功耗耗小小、体体积积小小、成本低。成本低。第1页/共41页2023/2/212N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J

2、FET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)场效应管场效应管分类：分类：第2页/共41页2023/2/213DSGN符符号号4.1结型场效应管一、结构一、结构图图 4.1.1N 沟道结型场效应管结构图沟道结型场效应管结构图N型型沟沟道道N型硅棒型硅棒栅极栅极源极源极漏极漏极P+P+P 型区型区耗尽层耗尽层(PN 结结)导导电电沟沟道道是是 N 型型的的，称称 N 沟道结型场效应管沟道结型场效应管。第3页/共41页2023/2/214P 沟道结型场效应管沟道结型场效应管图图 4.1.2P 沟道结型场效应管结构图沟道结型场效应管结构图N+N+P型型沟沟道道GSD P 沟沟道道结结型型场

3、场效效应应管管是是在在 P 型型硅硅棒棒的的两两侧侧做做成成高高掺掺杂杂的的 N 型型区区(N+)，导导电电沟沟道道为为 P 型型，多多数数载载流流子为空穴。子为空穴。符号符号GDS第4页/共41页2023/2/215 以以N 沟道沟道结型场效应管为例：结型场效应管为例：通过改变通过改变 UGS 大小来控制漏极电流大小来控制漏极电流 ID。GDSNN型型沟沟道道栅极栅极源极源极漏极漏极P+P+耗尽层耗尽层*在在栅栅极极和和源源极极之之间间加加反反向向电电压压，耗耗尽尽层层会会变变宽宽，导导电电沟沟道道宽宽度度减减小小，使使沟沟道道本本身身的的电电阻阻值值增增大大，漏极电流漏极电流 ID 减小。

4、减小。*耗耗尽尽层层的的宽宽度度改改变变主要在沟道区。主要在沟道区。二、工作原理二、工作原理第5页/共41页2023/2/2161.设设UDS=0，在在栅栅源源之之间间加加负负电电源源 VGG，改改变变 VGG 大小。观察耗尽层的变化。大小。观察耗尽层的变化。ID=0GDSN型型沟沟道道P+P+(a)UGS=0UGS=0 时时，耗耗尽尽层层比比较较窄窄，导导电电沟比较宽沟比较宽UGS 由由零零逐逐渐渐增增大大，耗耗尽尽层层逐逐渐渐加加宽宽，导导电沟相应变窄。电沟相应变窄。当当 UGS=UP，耗耗尽尽层层合合拢拢，导导电电沟沟被被夹夹断断，夹夹断电压断电压 UP 为负值。为负值。ID=0GDSP

5、+P+N型型沟沟道道(b)UGS 0，在在栅栅源源间间加加负负电源电源 VGG，观察，观察 UGS 变化时耗尽层和漏极变化时耗尽层和漏极 ID。UGS=0，UGD UP，ID 较大。较大。GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS UP，ID 更小。更小。GDSNISIDP+P+VDD注意：当注意：当 UDS 0 时，耗尽层呈现楔形。时，耗尽层呈现楔形。(a)(b)第7页/共41页2023/2/218GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS 0,UGD=UP,预夹断预夹断UGS 0,UGD 0P 型衬底型衬底N+N+BGSD P型型衬衬底底中中靠靠近近栅栅极极的的空空穴穴被被排排斥斥

6、，产产生生由由负负离离子子组组成成的的耗耗尽尽层层，同同时时电电子子被被吸引，汇集到表面。吸引，汇集到表面。VGG (3)UDS=0，UGS 继续增大继续增大增增大大 UGS 耗耗尽尽层层变变宽宽。由由于吸引了足够多的电子，于吸引了足够多的电子，形成可移动的表面电荷层形成可移动的表面电荷层 反型层、反型层、N 型导电沟道。型导电沟道。N 型沟道型沟道UGS 升高，升高，N 沟道变宽。因为沟道变宽。因为 UDS=0，所以，所以 ID=0。UT 为开始形成反型层所需的为开始形成反型层所需的 UGS，称，称开启电压开启电压。第19页/共41页2023/2/2120(4)UDS 对导电沟道的影响对导电

7、沟道的影响(UGS UT)导导电电沟沟道道呈呈现现一一个个楔楔形形。漏极形成电流漏极形成电流 ID。b.UDS=UGS UT，UGD=UT靠靠近近漏漏极极沟沟道道达达到到临临界界开开启程度，出现预夹断。启程度，出现预夹断。c.UDS UGS UT，UGD UT由由于于夹夹断断区区的的沟沟道道电电阻阻很很大大，UDS 逐逐渐渐增增大大时时，导导电电沟道两端电压基本不变，沟道两端电压基本不变，ID 因而基本不变。因而基本不变。a.UDS UTP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区夹断区第20页/共4

8、1页2023/2/2121DP型衬底型衬底N+N+BGSVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区夹断区图图 4.1.11UDS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响(a)UGD UT(b)UGD=UT(c)UGD UGS UT时，对应于不同的时，对应于不同的uGS就有一个确定的就有一个确定的iD。此时，此时，可以把可以把iD近似看成是近似看成是uGS控制的电流源。控制的电流源。第21页/共41页2023/2/21223.特性曲线特性曲线(a)转移特性转移特性(b)漏极特性漏极特性ID/mAUDS/VO预夹断轨迹预夹断轨迹恒流区恒流区击穿

9、区击穿区 可变可变电阻区电阻区UGS UT 时时)三三个个区区：可可变变电电阻阻区区、恒恒流流区区(或或饱饱和和区区)、击击穿穿区。区。UT 2UTIDOUGS/VID/mAO图 1.4.12(a)图 1.4.12(b)第22页/共41页2023/2/21234、主要参数同同JFET基本相同。基本相同。注意：在增强型管子中，不用夹断电压注意：在增强型管子中，不用夹断电压UP，而，而是用开启电压是用开启电压UT表征管子的特性。表征管子的特性。第23页/共41页2023/2/2124增强型增强型MOSMOS管特性小结管特性小结第24页/共41页2023/2/21254.3.2 N 沟道耗尽型沟道耗

10、尽型 MOSFETP型衬底型衬底N+N+BGSD+制制造造过过程程中中预预先先在在二二氧氧化化硅硅的的绝绝缘缘层层中中掺掺入入正正离离子子，这这些些正正离离子子电电场场在在 P 型型衬衬底底中中“感感应应”负负电电荷荷，形形成成“反反型层型层”。即使。即使 UGS=0 也会形成也会形成 N 型导电沟道。型导电沟道。+UGS=0，UDS 0，产产生生较较大的漏极电流；大的漏极电流；UGS 0，绝绝缘缘层层中中正正离离子子感感应应的的负负电电荷荷减减少少，导导电电沟沟道变窄，道变窄，ID 减小；减小；UGS=UP,感感应应电电荷荷被被“耗尽耗尽”，ID 0。UP 称为夹断电压称为夹断电压图图 4.

11、1.13第25页/共41页2023/2/2126第26页/共41页2023/2/2127耗尽型耗尽型MOSFETMOSFET的特性曲线的特性曲线绝缘栅场效应管N沟沟道道耗耗尽尽型型P 沟沟道道耗耗尽尽型型第27页/共41页2023/2/21281.1.直流偏置电路直流偏置电路4.4.1 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）自）自偏压电路偏压电路（2）分压式自）分压式自偏压电路偏压电路vGSvGSvGSvGSvGSvGS=-iDR4.4 4.4 场效应管放大电路场效应管放大电路第28页/共41页2023/2/2129 根据直流通路的画法：根据直流通路的画法：电容视为开路；

12、电容视为开路；信号源短路直流通路如图所示。信号源短路直流通路如图所示。由此列输入回路电压方程由此列输入回路电压方程：Q点：点：VGS、ID、VDSvGS=VDS=已知已知VP，由，由VDD-ID(Rd+R)-iDR可解出可解出Q点的点的VGS、ID、VDS RgUGSQUDSQ2 2、自偏压电路静态工作点求解、自偏压电路静态工作点求解第29页/共41页2023/2/21303.分压式偏置电路的工作点求解分压式偏置电路的工作点求解共源分压式偏置放大电路共源分压式偏置放大电路画出直流通路画出直流通路第30页/共41页2023/2/2131和和得：得：电流方程：电流方程：联解上面两式并舍去联解上面两

13、式并舍去不合理不合理的一组解，可求得的一组解，可求得UGSQ和和IDQ 列输出回路电压方程：列输出回路电压方程：求得：求得：由输入回路电压方程：由输入回路电压方程：第31页/共41页2023/2/21324.4.2 FET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法1.FET小信号模型小信号模型 低频模型低频模型第32页/共41页2023/2/2133（2）高频模型）高频模型第33页/共41页2023/2/21342.动态指标分析 （1 1）中频小信号模型）中频小信号模型第34页/共41页2023/2/2135（2）中频电压增益）中频电压增益（3）输入电阻）输入电阻（4）输出电阻）输出

14、电阻忽略忽略 rD由输入输出回路得由输入输出回路得则则通常通常则则第35页/共41页2023/2/2136 例例4.4.2 共共漏漏极放大电路如图示。试求中频极放大电路如图示。试求中频电压增益、输入电阻和输出电阻。电压增益、输入电阻和输出电阻。（2）中频电压增益）中频电压增益（3）输入电阻）输入电阻得得 解：解：（1 1）中频小信号模型）中频小信号模型由由第36页/共41页2023/2/2137（4 4）输出电阻）输出电阻所以所以由图有由图有第37页/共41页2023/2/21384.5 各种放大电路的性能比较各种放大电路的性能比较组态对应关系：组态对应关系：CEBJTFETCSCCCDCBC

15、GBJTFET电压增益：电压增益：CE：CC：CB：CS：CD：CG：反相电压放大器反相电压放大器电压跟随器电压跟随器电流跟随器电流跟随器第38页/共41页2023/2/2139输出电阻：输出电阻：BJTFET输入电阻：输入电阻：CE：CC：CB：CS：CD：CG：CE：CC：CB：CS：CD：CG：第39页/共41页2023/2/2140FET 和 BJT 的性能比较1.FET1.FET的的s s、g g、d d分别对应于分别对应于BJTBJT的的e e、b b、c c，它们的作用相似。，它们的作用相似。2.FET2.FET是电压控制电流器件，是电压控制电流器件，FETFET栅极基本上不取用

16、电流，而栅极基本上不取用电流，而BJTBJT工作时基极要取一工作时基极要取一定的电流。所以在只允许从信号源取极小量电流的情况下，应选用取定的电流。所以在只允许从信号源取极小量电流的情况下，应选用取FETFET；而在允；而在允许取一定量电流时，选用许取一定量电流时，选用BJTBJT进行放大可得到比进行放大可得到比FETFET较高的电压放大倍数。较高的电压放大倍数。3.FET3.FET是多子导电，而是多子导电，而BJTBJT是既利用多子，又利用少子。由于少子的浓度易受温度、是既利用多子，又利用少子。由于少子的浓度易受温度、辐射等外界条件的影响，因而辐射等外界条件的影响，因而FETFET比比BJTBJT的温度稳定性好，抗辐射能力强，在环境条的温度稳定性好，抗辐射能力强，在环境条件（温度）变化比较剧烈的情况下，选用件（温度）变化比较剧烈的情况下，选用FETFET比较合适。比较合适。第40页/共41页2023/2/2141感谢您的观看！第41页/共41页