第四章_场效应管放大电路

第四章场效应管放大电路基础模拟电子技术基础一、结型场效应管（JFET）二、金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）三、场效应管静态工作点的设置方法五、复合管四、场效应管放大电路的动态分析六、各种放大器件电路性能比较重点知识场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。1.结构和符号导电沟道源极栅极漏极符号结构示意图(JFET)的结构和工作原理一、结型场效应管（JFET）一、结型场效应管（JFET）a、栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽沟道变窄沟道消失称为夹断uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？UGS（off）2.工作原理(JFET)的结构和工作原理一、结型场效应管（JFET）b、漏-源电压对漏极电流的影响uGS＞UGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。预夹断uGD＝UGS（off）uGDUGS（off）2.工作原理(JFET)的结构和工作原理一、结型场效应管（JFET）VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。uGDUGS（off）场效应管工作在恒流区的条件是什么？b、漏-源电压对漏极电流的影响2.工作原理(JFET)的结构和工作原理一、结型场效应管（JFET）(JFET)的特性曲线常量DS)(GSDUufi夹断电压漏极饱和电流场效应管工作在恒流区，因而uGS＞UGS（off）且uDS＜UGS（off）。2GS(off)GSDSSD)1(UuIi在恒流区时为什么必须用转移特性描述uGS对iD的控制作用？1.转移特性一、结型场效应管（JFET）(JFET)的特性曲线2.输出特性常量GS)(DSDUufig-s电压控制d-s的等效电阻常量DSGSDmUuig预夹断轨迹，uGD＝UGS（off）可变电阻区恒流区iD几乎仅决定于uGS击穿区夹断区（截止区）夹断电压IDSSΔiD不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。低频跨导：绝缘栅型场效应管工作原理uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。SiO2绝缘层衬底耗尽层空穴高掺杂反型层大到一定值才开启1.增强型管二、金属-氧化物-半导体场效应管iD随uDS的增大而增大，可变电阻区uGD＝UGS（th）,预夹断iD几乎仅仅受控于uGS，恒流区刚出现夹断uGS的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻二、金属-氧化物-半导体场效应管绝缘栅型场效应管工作原理1.增强型管二、金属-氧化物-半导体场效应管耗尽型MOS管在uGS＞0、uGS＜0、uGS＝0时均可导通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在uGS＞0时仍保持g-s间电阻非常大的特点。加正离子小到一定值才夹断uGS=0时就存在导电沟道绝缘栅型场效应管工作原理2.耗尽型管二、金属-氧化物-半导体场效应管转移特性绝缘栅型场效应管特性曲线1、增强型MOS管开启电压输出特性2GSDOD)1(TVuIi在恒流区：。时的是DTiVvI2GSDO转移特性夹断电压输出特性二、金属-氧化物-半导体场效应管绝缘栅型场效应管特性曲线2、耗尽型MOS管二、金属-氧化物-半导体场效应管工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性)0(P)0(N)00(P)00(N)00(P)00(NDSGSDSGSDSGSDSGSDSGSDSGS＜极性任意，沟道＞极性任意，沟道耗尽型＜，＜沟道＞，＞沟道增强型绝缘栅型＜，＞沟道＞，＜沟道结型场效应管uuuuuuuuuuuu场效应管的分类1)夹断电压VP(或VGS(off))：漏极电流约为零时的VGS值。3)饱和漏极电流IDSS：VGS=0时对应的漏极电流。场效应管的主要参数2)开启电压VT：增强型场效应管有微小漏极电流时的VGS值。)20(A4)直流输入电阻RGS：对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω。1、直流参数二、金属-氧化物-半导体场效应管二、金属-氧化物-半导体场效应管1)输出电阻rd：GSDDSdVivr2)低频跨导gm：DSGSDmVvig时）（当0)1(2GSPPPGSDSSmvVVVvIg或低频跨导反映了vGS对iD的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子)。场效应管的主要参数2、交流参数2)最大漏源电压：V(BR)DS3)最大栅源电压：V(BR)GS1)最大漏极电流：IDM4)最大漏极功耗PDM：DDSivPDM二、金属-氧化物-半导体场效应管场效应管的主要参数3、极限参数根据场效应管工作在恒流区的条件，在g-s、d-s间加极性合适的电源dDQDDDSQ2GS(th)GGDODQGSQ)1(RIVUUVIIVUGG固定偏置电路三、场效应管静态工作点的设置方法三、场效应管静态工作点的设置方法sDQSQGQGSQsDQSQGQ0RIUUURIUU，2GS(off)GSQDSSD)1(UUII)(sdDQDDDSQRRIVU由正电源获得负偏压称为自给偏压哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？自给偏压电路—公式法三、场效应管静态工作点的设置方法sDSGGS0RiUUuRiUUsDSG)(sdDDDDSRRiVu输入回路负载线方程输出回路负载线方程自给偏压电路—图解法三、场效应管静态工作点的设置方法)(sdDDDDSRRiVusDGSRiUQQIDQUGSQUDSQ自给偏压电路—图解法三、场效应管静态工作点的设置方法sDQSQDDg2g1g1AQGQRIUVRRRUU2TGSQDOD)1(UUII)(sdDQDDDSQRRIVU为什么加Rg3?其数值应大些小些？哪种场效应管能够采用这种电路形式设置Q点？分压式偏压电路—典型的Q稳定电路DSGSDmUuig近似分析时可认为其为无穷大！根据iD的表达式或转移特性可求得gm。与晶体管的h参数等效模型类比：场效应管的交流等效模型四、场效应管放大电路的动态分析若Rd=3kΩ，Rg=5kΩ，gm=2mS，则(与共射电路比较。)?uA基本共源放大电路的动态分析doidmgsddioRRRRgURIUUAu四、场效应管放大电路的动态分析四、场效应管放大电路的动态分析分压式偏置共源放大电路的动态分析四、场效应管放大电路的动态分析do213'mgsddio//)//(RRRRRRRgURRIUUAgggiLLu分压式偏置共源放大电路的动态分析do213'mgsddio//1)//(RRRRRRRgRgRUgURRIUUAgggismLsgsmLu四、场效应管放大电路的动态分析分压式偏置共源放大电路的动态分析ismsmsdgssdio1RRgRgRIURIUUAu若Rs=3kΩ，gm=2mS，则?uA（与共集电路比较）四、场效应管放大电路的动态分析基本共漏放大电路的动态分析四、场效应管放大电路的动态分析分压式偏置共源放大电路的动态分析输出电阻的分析msomsooooo1gRUgRUUIUR∥若Rs=3kΩ，gm=2mS，则Ro=?复合管的组成：多个管子合理连接等效成一个管子。21)1)(1(211BEii不同类型的管子复合后，其类型决定于T1管。211bebe)1(berrr211beberr五、复合管五、复合管在合适的外加电压下，每只管子的电流都有合适的通路，才能组成复合管。讨论一：判断下列各图是否能组成复合管Ri=?Ro=?)]})(1()[1({Le2be21be1biRRrrRR∥∥21sbbe1be2eo11RRrrRR∥∥讨论二：求下图的输入电阻和输出电阻五、复合管放大电路的选用按下列要求组成两级放大电路：①Ri＝1～2kΩ，Au的数值≥3000；②Ri≥10MΩ，Au的数值≥300；③Ri＝100～200kΩ，Au的数值≥150；④Ri≥10MΩ，Au的数值≥10，Ro≤100Ω。①共射、共射；②共源、共射；③共集、共射；④共源、共集。六、各种放大器件电路性能比较六、各种放大器件电路性能比较两级放大电路如图所示，已知三极管的场效应管的，写出两级放大电路的组态，并求出输入电阻、输出电阻及电压放大倍数krbe1,100mSgm5例1解：此为共源-共集放大电路MRRi1011021vvvAAA10]})1(//[{4221RrRgAbemv1)1()1(4242RrRAbev301//224beorRRR六、各种放大器件电路性能比较图示电路的静态工作点合适，画出它的交流等效电路，并写出uA、Ri和Ro的表达式。例2六、各种放大器件电路性能比较8o213i2be82be2764m)()]([RRRRRRrRrRRRgAu∥∥∥∥解：此为共源-共射放大电路，交流等效电路如图：