3-场效应管放大器

(1-1)３、场效应管(FET)放大器5.3场效应管的参数及特点5.1结型场效应管(JFET)5.2绝缘栅场效应管(MOSFET)5.4场效应管放大器(1-2)1、FET与BJT的区别结型场效应管（JFET）金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）2、场效应管的分类：电压控制元件，输入电阻高，温度稳定性好慨述BJTFET双极性载流子参与导电，电流控制元件，输入电阻低，温度稳定性差单极性载流子参与导电，有两大类:不受静电影响易受静电影响不宜大规模集成适宜大规模和超大规模集成(1-3)§3.1结型场效应管(JFET)一、分类、结构及符号N沟道JFETP沟道JFETdgsdgsNP+P+g栅极s源极d漏极PN+N+g栅极s源极d漏极(1-4)二、JFET的工作原理、特性曲线（一）、工作原理NgsdUDSUGSiDP+P+iG处于无效区工作区：当uＧＳ＞０时，以N沟道为例1、当uGS0时，uGS失去对导电沟道的控制作用，从而失去对iD的控制，且输入电阻rgs将变小，形成一定的iG电流。uGS失去对iD的控制UGSAVuDSuGSiGVmAiDdgsUDS(1-5)uGＳ当uGS＜0V时，耗尽层变宽导电沟道变窄，沟道电阻增大，gsduDＳiDNNNPPiＧ从而uGS控制了iD的变化。工作区：当uGSUP时，即|uGS||UP|NVGGP+P+2、uGS对iD的控制作用假设uDS=常数耗尽层uDS0V，iD=0A。耗尽区闭合，D、S间被夹断处于截止区所以iG0rgs在107以上同时因为PN结反偏，(1-6)uGＳgduDＳiDNNNP+P+iＧiD随uＧＳ、uＤＳ变化而变化处于变阻区3、uDS对iD的影响：假设uGS=常数工作区：UPuGS０,uDS0且不是太大时,导电沟道的宽度受uDS的影响较小，但iD受uDS的影响较大。(1-7)NpPPPuGＳgduDSiDNNNP+P+iＧuDS增大,一方面使iD增大；另一方面使靠近漏极端的导电沟道变窄,导电沟道电阻增大,又使iD变小,夹断后，即使uDS继续增加，iD不再增加。越靠近漏极端,电沟道呈楔形。当uDS=uGS-UＰ时,漏极端的沟道被夹断，漏极端的沟道被夹断，称为预夹断。工作区：当UＰuＧＳ０、uDS＞uGS-UＰ时,iD随uＧＳ变化而变化、但不随uＤＳ变化而变化处于放大区(1-8)uGS0iDIDSSUP在UPuGS0范围内（二）、特性曲线1、转移特性曲线：()DSDGSifuu常数21()GSDDSSPuiIUPU夹断电压，为负值，为给定值；式中:DSSI零栅压时的漏极电流，也称为饱和漏极电流，为给定值。(1-9)2、输出特性曲线：()GSDDSifuu常数变阻区UPuGS0uDS(uGS-UP)截止区uGSUP，uDS0放大区UPuGS0uDS(uGS-UP)uDS=uGS-UP沟道预夹断iDuDS0uGS=-0.4VuGS=_0.6VuGS=_0.8VuGS=UPuGS=-0.2VuGS=0V(1-10)1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。三、结型场效应管的缺点：(1-11)§3.2绝缘栅场效应管（MOSFET）（金属-氧化物-半导体场效应管）一、分类及符号MOSFETN沟道耗尽型N沟道增强型P沟道增强型增强型耗尽型P沟道耗尽型gsd衬底Bgd衬底Bsgds衬底Bgds衬底B(1-12)二、增强型MOSFET的结构、工作原理、特性曲线PN+N+gsdP型衬底两个N区SiO2绝缘层金属铝gsd1、N沟道增强型衬底B（一）、结构栅极源极漏极(1-13)NP+P+gsdgsd2、P沟道增强型衬底B(1-14)AVuDSuGSiGgsdUGSVmAUDSiDR思考：MOSFET的如何达到电压放大的目的？=0uGS变化，iG=0这与BJT不一样，那么MOSFET的如何达到电压放大的目的？(1-15)以N沟道增强型为例PN+N+GSDuDSuGSUGS=0时D-S间相当于两个反接的PN结iD=0处于截止区(二)、MOSFET的工作原理iG=0工作区：当uＧＳUT、uＤＳ＞０时，iＧ=0、iD=is=015100特点：很大，约为gsGri(1-16)uGS0时uGS足够大时（uGSUT）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。UT称为开启电压PN+N+GSDuDSuGS外电场电子上移iDiG=0工作区：当uＧＳ＞UＴ、uＤＳ＞０时，iＧ=0、iD=is=0，且iD随uＧＳ、uＤＳ变化而变化处于变阻区uGSUTuGD=uGS-uDSUT(1-17)PN+N+GSDuDSuGSiG=0iDuDS增大,一方面使iD增大；导电沟道电阻增大,又使iD变小;uDS增加到uGS-UT(uGD=uGS-uDS=UT)时，靠近D端的沟道被夹断，称为预夹断。工作区：当uＧＳ＞UＴ、uＤＳ＞uGS-UT时，iＧ=0、iD=is=0，且iD随处于放大区uGS变化而变化、但不随uDS变化而变化。导电沟道被夹断;夹断后,即使uDS继续增加,iD不再增加。uGD=uGS-uDS当uGD=uGS-uDS≤UT时,UT另一方面使靠近D区的电压uGD减小,使导电沟道变窄,(1-18)1、转移特性曲线：0iDuGSUT(三)增强型N沟道MOS管的特性曲线()常数DSDGSifuu201()GSDDTuiIU开启电压，为给定值；TU2UTID0式中:02时漏极电流，为给定值。TDUIAVuDSuGSiGgsdUGSVmAUDSiD(1-19)iDuDS0uGS=UT2、输出特性曲线：uGS=2VuGS=3VuGS=5VuGS=6VVGS=7V变阻区uGSUT0uDS(uGS-UT)截止区uGSUTuDS0放大区uGSUTuDS(uGS-UT)uDS=uGS-UT沟道预夹断()GSDDSifuu常数(1-20)预埋了电子型导电沟道当uGS=0时，有原始导电沟道，在vDS作用下，形成电流iD；当uGS0时，导电沟道逐渐变窄,电流iD逐渐变小；当uGS0时，导电沟道逐渐变宽,电流iDIDSS。当uGSUP时，导电沟道被夹断，电流iD为零；三、耗尽型MOSFET的结构、工作原理、特性曲线PN+N+GSD（一）、结构GSD衬底15100很大，约为特点：，gsGri（二）、工作原理1、N沟道耗尽型(1-21)2、P沟道耗尽型GSD预埋了空穴型导电沟道衬底NP+P+GSD(1-22)（三）、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线UGSAVuDSuGSiGgsdVmAUDSiD0iDuGSUP-1V-2-3IDSS1、转移特性曲线：()常数DSDGSifuu21()GSDDSSPuiIU夹断电压，为负值，为给定值；PU式中:零栅压时的漏极电流，也称为饱和漏极电流，为给定值。DSSI(1-23)2、输出特性曲线：()常数GSDDSifuu变阻区uGSUP0uDS(uGS-UP)截止区uGSUP，uDS0放大区uGSUPuDS(uGS-UP)uDS=uGS-UP沟道预夹断iDvDS0uGS=0VuGS=_2VuGS=_4VuGS=UPuGS=2VuGS=4V(1-24)§3.4场效应管放大器静态分析：计算静态值ＵGSQ、IDQ、ＵDSQ动态分析：计算动态值Au、Aus、Ri、R0放大器有三种组态共栅极放大电路共漏极放大电路共源极放大电路放大器的两大分析(1-25)静态分析的步骤步骤：原电路直流通道计算出UGSQ、IDQ、UDSQ写出uGS与iD的方程，并与由转移特性曲线方程组成方程组21()（对JFET、耗尽型MOSFET）或GSDDSSPuiIU201()GSDDTuiIU（对增强型MOSFET）解方程组判断场效应管是否工作在放大区一、静态(估算法)分析的步骤(1-26)∵IGQ00GUQ2(1)GSDDSSPUIIUQQ()DSDDSDUUIRRQQ0GSDSUIRQQ+UDuoRSuiCSC2C1RDRgGDSGSDSUIRQQ0GSDSUIR自偏置电压电路不能用于增强型MOSFET。注：例题1：下图自偏置电压电路，试分析其静态值。直流通道+UDRSRDRgGDSIDQUDSQIGQUGSQUGQ解方程组可计算出UGSQ、IDQ(1-27)下图为分压偏置电路所示，已知JFET的UP=-1V,IDSS=0.5mA,试静态分析。+UDuouiC2C1Rg1RDRg2300k100k10kGDS+20VR112k+UDRg1RDRg2300k100k10kGDS+20VR112k直流通道2125GQDgRgUUVRRgUGQIDQUDSQIGQUGSQ例题２：12(1)GSGSQGDDSSDPUUIRUUIUQQQQ10.160.110.43(0.57,()10.5GSQGSQDDDSDDDUVUVImAImAUUIRRVQQQQ或舍去）由于UDSQ(UGSQ-UP）所以JFET工作在放大区。解得：(1-28)(一）、场效应管的微变等效电路二、动态(微变等效法)分析JFET或MOSFETdgsugsudsigidsgugsig=0rdsgmugsudsiddgugsgmugsudsig=0idd简易等效rds很大，可忽略。完全等效(1-29)021()DmGSTDGSTdigduUIuUJFET或MOSFETdgsugsudsigidgugsgmugsudsig=0idd图中：gm---跨导,为给定值，或由下式计算：（对增强型MOSFET）21()或DgsPDSSGSmPudiduUIgU(对JFET或耗尽型MOSFET)(1-30)(二)、动态分析的步骤步骤:原电路交流通道微变等效电路计算动态值uo＋ＵDRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL1MGDS1、混合偏置式共源电路的动态分析交流通道sgR2R1RGdRLRDuiuo(1-31)微变等效电路uisgR2R1RGdRLRDuo交流通道igsuuomgsLuguR'oumLiuAgRu21//RRRRGiRo=RD//L令：RDLRR……反相放大……输入电阻很大……输出电阻很大mgsgugsuidsgR2R1RGdRLRDuiuoig=0(1-32)微变等效电路2、共漏极电路（源极输出器）的动态分析uo+UDRSuiC1R1RGR2RLDSC2GgiuouR2R1RGsdRSRL交流通道giuouR2R1RGsdRSRLmgsgugsu(1-33)0mgsLuguR11omLuimLugRAugR//L令：RSLRRigsmgsLuuguRRi21//RRRRGi1、求电压放大倍数Au2、求输入电阻Ri求Ri的等效电路……输入电阻很大……电压跟随器微变等效电路giuouR2R1RGsdRSRLmgsgugsugiuouR2R1RGsdRSRLmgsgugsu(1-34)采用加电压求电流法1111mssmgRRgiu３、求输出电阻Ro1()mguR1oRgsuuRSdmsgsuiiiguRRoRo求RO的等效电路mgsguuRSigsuR2R1RGsdRS+-gidiig=001//smRRg……输出电阻较小giuouR2R1RGsdRSRLmgsgugsu