63场效应管放大电路

2.结型场效应管的工作原理（1）栅源电压对沟道的控制作用在栅源间加负电压VGS，令VDS=0①当VGS=0时，为平衡PN结，导电沟道最宽。②当│VGS│↑时，PN结反偏，形成耗尽层，导电沟道变窄，沟道电阻增大。③当│VGS│到一定值时，沟道会完全合拢。定义：夹断电压Vp——使导电沟道完全合拢（消失）所需要的栅源电压VGS。（2）漏源电压对沟道的控制作用在漏源间加电压VDS，令VGS=0由于VGS=0，所以导电沟道最宽。①当VDS=0时，ID=0。②VDS↑→ID↑→靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。③当VDS↑，使VGD=VGS-VDS=VP时，在靠漏极处夹断——预夹断。预夹断前，VDS↑→ID↑。预夹断后，VDS↑→ID几乎不变。④VDS再↑，预夹断点下移。（3）栅源电压VGS和漏源电压VDS共同作用可用输入输出两组特性曲线来描绘。ID=f（VGS、VDS）（1）输出特性曲线：ID=f（VDS）│VGS=常数3结型场效应三极管的特性曲线四个区：①可变电阻区：预夹断前。②电流饱和区（恒流区）：预夹断后。特点：△ID/△VGS≈常数=gm即：△ID=gm△VGS（放大原理）③击穿区。④夹断区（截止区）。VGSVP(a)漏极输出特性曲线(b)转移特性曲（2）转移特性曲线：ID=f（VGS）│VDS=常数2)1(PGSDSSDVvIi(当时)0GSPvV4.3MOS型场效应管一、N沟道增强型MOS管1、结构与符号N沟道增强型P沟道增强型2、工作原理（1）、vGS对iD及沟道的控制作用增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。当vGS=0时，不论vDS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，这时漏极电流iD≈0。vGS＞0当vGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏源极之间仍无导电沟道出现。vGS增加时，吸引到P衬底表面层的电子就增多，当vGS达到某一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层。即N型沟道，因导电类型与P衬底相反，故又称为反型层。把开始形成沟道时的栅源极电压称为开启电压，用VT表示。（2）vDS对iD的影响当vGSVT且为一确定值时，正向电压vDS对导电沟道及电流ID的影响与结型场效应管相似。当vDS较小（vDSvGS–VT）时iD随vDS近似呈线性变化当vDS增加到vGD=vGS-vDS=VT(或vDS=vGS-VT)时沟道在漏极一端出现预夹断继续增大vDS，夹断点将向源极方向移动iD不随vDS增大而增加，ID仅由vGS决定。（3）N沟道增强型MOS管的特性方程特性曲线和电流方程(vGS＞VT)IDO是vGS=2VT时，的漏极电流iD20)1(TGSDDVvIi二、N沟道耗尽型MOS管N沟道耗尽型MOS管与N沟道增强型MOS管相似，区别仅在于栅源极电压vGS=0时，耗尽型MOS管中的漏源极间已有导电沟道产生。在SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子Na+或K+N沟道P沟道vGS=0时，漏源极间的P型衬底表面也能感应生成N沟道(称为初始沟道)，加上正向电压vDS，就有电流iD。加上正的vGS，沟道加宽，沟道电阻变小，iD增大。vGS为负时，沟道变窄，沟道电阻变大，iD减小。当vGS负向增加到某一数值时，导电沟道消失，iD趋于零，管子截止，故称为耗尽型。沟道消失时的栅源电压称为夹断电压，仍用VP表示。结型场效应管只能在vGS0的情况下工作。N沟道耗尽型MOS管在vGS=0，vGS0，VPvGS0。2)1(PGSDSSDVvIi三、场效应管的主要参数(1)开启电压VTVT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。（2）夹断电压VPVP是MOS耗尽型和结型FET的参数，当VGS=VP时,漏极电流为零。（3）饱和漏极电流IDSSMOS耗尽型和结型FET,当VGS=0时所对应的漏极电流。（4）输入电阻RGS结型场效应管，RGS大于107Ω，MOS场效应管,RGS可达109～1015Ω。（5）低频跨导gmgm反映了栅压对漏极电流的控制作用，单位是mS(毫西门子)。（6）最大漏极功耗PDMPDM=VDSID，与双极型三极管的PCM相当。PPGSDSSGSPGSDSSmVVvIdvVvIdg)1(2)1(2四、场效应管使用注意事项1、MOS管栅、源极之间的电阻很高，使得栅极的感应电荷不易泄放，因极间电容很小，会造成电压过高使绝缘层击穿。因此，保存MOS管应使三个电极短接，避免栅极悬空。焊接时，电烙铁的外壳应良好地接地，或烧热电烙铁后切断电源再焊。2、有些场效应晶体管将衬底引出，故有4个管脚，这种管子漏极与源极可互换使用。但有些场效应晶体管在内部已将衬底与源极接在一起，只引出3个电极，这种管子的漏极与源极不能互换。3、使用场效应管时各极必须加正确的工作电压。4、在使用场效应管时，要注意漏、源电压、漏源电流及耗散功率等，不要超过规定的最大允许值。五、双极型和场效应型三极管的比较各类型场效应管的特性比较见P：1731.直流偏置电路：保证管子工作在饱和区，输出信号不失真二.场效应管放大电路（1）自偏压电路vGSvGS=-iDR注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的电路。计算Q点：VGS、ID、VDSvGS=2PGSDSSD)1(VvIiVDS=VDD-ID(Rd+R)已知VP，由-iDR可解出Q点的VGS、ID、VDS（2）分压式自偏压电路SGGSVVVRIVRRRDDDg2g1g22PGSDSSD)1(VvIIVDS=VDD-ID(Rd+R)可解出Q点的VGS、ID、VDS计算Q点：已知VP，由RIVRRRVDDDg2g1g2GS该电路产生的栅源电压可正可负，所以适用于所有的场效应管电路。2.场效应管的交流小信号模型与双极型晶体管一样，场效应管也是一种非线性器件，而在交流小信号情况下，也可以由它的线性等效电路—交流小信号模型来代替。其中：rgs是输入电阻，理论值为无穷大。gmvgs是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。称为低频跨导。rd为输出电阻，类似于双极型晶体管的rce。三.放大电路1.共源放大电路分析：（1）画出共源放大电路的交流小信号等效电路。（2）求电压放大倍数（3）求输入电阻（4）求输出电阻忽略rdiVgsVRVggsm)1(mgsRgVoVdgsmRVgVARgRgmdm1由输入输出回路得则则)//(g2g1g3iRRRRdoRR由于rgs=∞（2）电压放大倍数（3）输入电阻iVgsV)//(LgsmRRVgoV)//(LgsmRRVgVA)//(1)//(LmLmRRgRRg得)//(g2g1g3iRRRR分析：（1）画交流小信号等效电路。由ioVV12.共漏放大电路（4）输出电阻OIRIgsmVgRVOgsVOVoRm11gR所以由图有OOIVgsmVgm1//gR3、场效应管放大电路与三极管放大电路比较1、共源电路与共射电路均有电压放大作用，而且输出电压与输入电压相位相反。2、共漏电路与共集电路均没有电压放大作用，且输出电压与输入电压同相位。3、场效应管电路最突出的优点是，共源、共漏和共栅电路的输入电阻高于相应的共射、共集和共基电路的输入电阻。4、场效应管的低频跨导一般比较小，所以放大能力比三极管差，因而共源电路的电压增益往往小于共射电路的电压增益。