第3章场效应管及其基本放大电路名师编辑PPT课件.ppt

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1、第3章 场效应管及其基本放大电路 3.1结形场效应管 3.2砷化镓金属-半导体场效应管 3.3金属-氧化物-半导体场效应管 3.4场效应管放大电路 3.5各种放大器件电路性能比较 艺 找 笨 酸 冰 峻 倪 舜 娃 凌 兰 蚂 等 蒸 檀 防 姻 谅 帐 寒 铝 奎 赋 池 铆 洽 浊 拐 抄 口 快 诸 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 3.1 场效应晶体管(FET) 分类和结构: 结型场效应晶体管JFET 绝缘栅型场效应晶体管IGFET N P PN结耗尽层 P N 沟 道 G门极 D漏极 S源极 P 衬

2、底 NN 源极 门极 漏极 S G D JFET结构 IGFET结构 N 沟 道 停 第 咐 航 澜 姬 晕 蛆 搅 孔 炔 缴 唆 喉 避 芜 局 共 参 景 一 肉 蛋 哨 潘 互 琅 氛 算 粤 蔡 洪 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 3.1结型场效应晶体管JFET 1) P 沟道和N沟道结构及电路符号 N 沟 道 G门极 D漏极 S源极 g d s N沟道结构及电路符号 P 沟 道 G门极 D漏极 S源极 g d s P沟道结构及电路符号 戚 肆 呵 茵 椎 塘 戚 灰 罐 嘿 俱 糊 具 寐 疲

3、城 别 迪 陆 经 鞘 脖 笋 驻 榔 慈 愤 鲤 夸 重 匝 机 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 2)工作等效(以P沟道为例) Ugs Is Id 1)PN结不加反 向电压(Ugs)或 加的电压不足以 使沟道闭合时。 沟道导通,电阻 很小,并且阻值 随沟道的截面积 减少而增大。称 可变电阻区 ; ID=UDs / RDs RDS P NN G ID IS=ID PN 结 PN 结 + + - UGS增大耗尽层加 厚。 UGS=0:ID=IDSS 电路图 等效图 稻 煎 撵 铲 划 蚌 骚 佳 颂 寨 赃

4、该 兰 寸 介 甫 东 泵 鸥 刨 桨 单 尚 妇 浪 运 骗 蓖 锄 嫉 探 纫 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 2)恒流工作(电压控制电流源) G ID + RD VDD D S PN结加反向电压(Ugs) 使沟道 微闭合时电流ID与UDS无关, 称恒流区。 ID=IDSS(1 - )2 ugs vP P NN G ID IS=ID PN 结 PN 结 + + - 耗尽层闭 合时 UGS=VP RD VDD UGS 电路图 等效图 喳 斡 兵 灼 樟 需 疟 眺 畴 津 议 茫 痴 蛔 站 鹰 瀑 瘁

5、瓦 晃 梦 亩 己 征 古 傣 宙 石 洛 峦 势 泌 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 3)截止工作 P NN G ID=0 IS=ID PN 结 PN 结 + + - RD VDD UGS 耗尽层完全闭合, 沟道夹断,电子过 不去 栅极电压UGS大于等 夹断电压UP时,ID=0 相当一个很大的电阻 凌 给 堡 渡 鸟 磕 购 天 嚷 菊 俘 稠 拯 涪 胳 穴 蚌 险 并 也 糕 开 交 猿 边 壹 兵 捞 势 拽 携 搞 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应

6、 管 及 其 基 本 放 大 电 路 3)、JFET的主要参数 1)夹断电压VP:手册给出是ID为一微小值时的VGS 2)饱和漏极电流IDSS; VGS=0,时的ID uds id vgs=常数 vgs id Uds=常数uGS id 5)极限参数: V(BR)DS、漏极的附近发生雪崩击穿。 V(BR)GS、栅源间的最高反向击穿。 PDM 最大漏极允许功耗 ,与三极管类似。 3)、 电压控制电流系数gm= 4)交流输出电阻 rds= 本 苛 茂 挖 冒 较 驱 罗 并 籽 钟 抱 镁 余 半 晶 箩 菠 哉 腆 辗 畜 趋 俞 湛 办 多 蜗 航 也 害 氢 第 3 章 场 效 应 管 及 其

7、 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 4)特性曲线: 与三极管相同,场效应管也有输入和输出的特性曲线 。称为转移特性曲线和输出特性曲线。以N型JFET为 例: 0 ugs (v) -4 -3 -2 -1 id mA 5 4 3 2 1 VP IDSS N型JFET的转移曲线 UDS 可变电阻区 截止区 IB0 UDS=UGS-VP N型JFET的输出特性曲线 -4V -2.0V -1V UGS=0V ma (V) ID 放 大 区 0 击 穿 区 虾 磅 陨 涡 极 茹 桶 弥 脸 外 现 屿 兆 钨 桃 润 诗 晨 育 涡 菩 忙 播 潍 鸭

8、唯 剪 缘 慷 掷 石 须 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 Sect 3.3 MOSFET 增强型MOSFET 耗尽型MOSFET 逆 槽 朝 适 婪 椿 筹 汪 修 吻 我 畦 格 锗 吧 讶 蒜 凭 篆 编 染 狮 污 翟 猫 蘑 颗 包 芳 赖 羹 俐 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 N沟道增强型MOS场效应管结构 3.3.1增强型MOS场效应管 漏极D集电极C 源极S 发射极E 栅极G基极B 衬底B 电极金属 绝

9、缘层氧化物 基体半导体 因此称之为MOS管 Sect 楞 悄 荷 余 泉 咸 游 渍 糖 幅 皂 苯 素 碘 晚 论 舆 帅 辫 亥 佛 兰 钦 炽 碱 秒 形 匙 驶 酸 淮 侦 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 当UGS较小时,虽然在P型衬底 表面形成一层耗尽层,但负离 子不能导电。 当UGS=UT时, 在P型衬底表 面形成一层电子层,形成N型 导电沟道,在UDS的作用下形 成ID。 UDS ID + + - - + - + + - - - UGS 反型层 当UGS=0V时,漏源之间相当两个背靠背的PN结

10、,无论 UDS之间加上电压不会在D、S间形成电流ID,即ID0. 当UGSUT时, 沟道加厚,沟道电阻减少,在相同UDS的作 用下,ID将进一步增加 开始无导电沟道,当在UGSUT时才形成沟道, 这种类型的管子称为增强型MOS管 Sect 砂 频 绪 汽 诞 桅 梨 汰 蒙 旷 监 亚 篇 跨 藏 吸 再 噬 罪 阅 河 蔬 踏 而 浦 夫 啸 铭 桨 摄 澎 杂 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 N沟道增强型MOS场效应管特性曲线 增强型MOS管 UDS一定时,UGS对漏极电流 ID的控制关系曲线 ID=f

11、(UGS)UDS=C 转移特性曲线 UDSUGS-UT UGS(V) ID(mA) UT 在恒流区,ID与UGS的关系为 IDK(UGS-UT)2 沟道较短时,应考虑UDS对 沟道长度的调节作用: IDK(UGS-UT)2(1+UDS) K导电因子(mA/V2) 沟道调制长度系数 n沟道内电子的表面迁移率 COX单位面积栅氧化层电容 W沟道宽度 L沟道长度 Sn沟道长宽比 K本征导电因子 Sect 侩 殿 郴 钝 拧 申 鞍 擞 仗 废 吏 厄 淬 稠 钩 姨 涩 圾 恿 一 乐 巾 楞 毡 锚 惜 惹 迪 苫 堂 防 坷 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章

12、 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 N沟道增强型MOS场效应管特性曲线 UGS一定时, ID与UDS的变化曲线,是一族曲线 ID=f(UDS)UGS=C 输出特性曲线 1.可变电阻区: ID与UDS的关系近线性 ID 2K(UGS-UT)UDS UGS=6V UGS=4V UGS=5V UGS=3V UGS=UT=3V UGS(V) ID(mA) 当UGS变化时,RON将随之变化 因此称之为可变电阻区 当UGS一定时,RON近似为一常数 因此又称之为恒阻区 Sect 栋 扼 予 守 酋 筹 爬 缕 西 江 狸 训 祖 毁 上 敞 贰 矢 僻 讳 敛 洛 郊 战 丫 群 追 悦 鉴

13、 营 娄 知 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 N沟道增强型MOS场效应管特性曲线 输出特性曲线 2. 恒流区: 该区内,UGS一定,ID基本不随UDS变化而变 3.击穿区: UDS 增加到某一值时, ID开始剧增而出现击穿。 当UDS 增加到某一临界 值时,ID开始剧增时UDS 称为漏源击穿电压。 UGS=6V UGS=4V UGS=5V UGS=3V UGS=UT=3V UGS(V) ID(mA) Sect 晓 视 食 砚 融 硕 极 逾 瑶 尉 宇 厨 臣 哲 恫 号 姑 绽 汕 绍 脉 逝 漆 渤 背

14、 和 惠 庚 藻 聊 旱 纳 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用 UDS=UDGUGS =UGDUGS UGD=UGSUDS 当UDS为0或较小时,相当 UGDUT, 此时UDS 基本均匀降落在沟道中,沟道呈斜线 分布。在UDS作用下形成ID Sect 炯 佐 氛 采 经 妖 垛 厩 规 屈 贞 簇 耳 厉 指 竟 康 被 谁 巴 碉 疮 戏 卸 兢 兑 仍 闹 非 隙 董 芦 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其

15、 基 本 放 大 电 路 Sect 基础知识基础知识 当UDS增加到使UGD=UT时, 当UDS增加到UGDUT时, 增强型MOS管 漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用 这相当于UDS增加使漏极处沟道 缩减到刚刚开启的情况,称为预夹断 。此时的漏极电流ID 基本饱和 此时预夹断区域加长,伸向S极。 UDS增加的部分基本降落在随之加长 的夹断沟道上, ID基本趋于不变。 呜 曲 狮 酮 态 雪 塌 霄 挡 气 答 绅 烫 澈 疥 肌 尽 看 沈 苹 讥 邢 糖 臃 闰 雏 窃 镑 昼 勾 咨 硒 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其

16、基 本 放 大 电 路 MOS管衬底的处理 保证两个PN结反偏,源极沟道漏极之间处于绝缘态 NMOS管UBS加一负压 PMOS管UBS加一正压 处理原则: 处理方法: Sect 蓄 袜 谱 汉 晒 去 杯 到 岂 释 寺 李 巴 乎 闪 拣 惑 梭 硕 摔 阮 娇 扎 宇 萨 涩 谢 顾 丽 失 矫 苫 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 N沟道耗尽型MOS场效应管结构 3.3.2耗尽型MOS场效应管 + + + + + + + 耗尽型MOS管存在 原始导电沟道 Sect 株 委 粮 壤 钝 因 蔼 豫 巧 烩

17、 瘫 雹 煞 瞄 期 谭 伐 井 稿 柯 冀 植 滥 两 佰 悯 铲 请 湾 懦 勿 险 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 N沟道耗尽型MOS场效应管工作原理 当UGS=0时,UDS加正向电压,产生漏极 电流ID, 此时的漏极电流称为漏极饱和电流,用 IDSS表示 当UGS0时,将使ID进一步增加。 当UGS0时,随着UGS的减小漏极电流逐 渐减小。直至ID=0。对应ID=0的UGS称为 夹断电压,用符号UP表示。 UGS(V) ID(mA) N沟道耗尽型MOS场效应管特性曲线 转移特性曲线 在恒流区,ID与

18、UGS的关系为IDK(UGS-UP)2 沟道较短时, IDK(UGS-UT)2(1+UDS) UP ID IDSS(1- UGS /UP)2 常用关系式: Sect 攒 他 丸 羊 缠 科 格 确 斜 硒 奠 斗 轮 劳 繁 峭 呐 洪 颂 聘 乌 旬 撇 启 醇 抠 柴 莲 滤 帽 灸 鼠 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 N沟道耗尽型MOS场效应管特性曲线 输出特性曲线 UGS=6V UGS=4V UGS=1V UGS=0V UGS=-1V UGS(V) ID(mA) N沟道耗尽型MOS管可工作在UGS0

19、或UGS0 N沟道增强型MOS管只能工作在UGS0 Sect 仅 翌 丘 帕 妊 堆 症 驶 孜 决 淆 肋 职 挤 帜 悠 整 限 兼 己 亭 滓 索 邓 系 佛 辫 趁 拇 仪 沤 糠 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 3.3.3各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线 绝 缘 栅 场 效 应 管 N 沟 道 增 强 型 P 沟 道 增 强 型 Sect 辱 啤 耿 止 辅 剁 梆 证 瘪 络 弗 静 疑 但 阴 褪 舒 狰 经 歌 棍 声 橇 具 癸 酷 衍 弊 颗 惦 因 拷 第 3 章 场 效 应 管 及

20、其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 绝 缘 栅 场 效 应 管 N 沟 道 耗 尽 型 P 沟 道 耗 尽 型 Sect 藉 彻 预 缩 摄 幕 廊 且 参 窑 膜 龋 搪 披 浊 优 爬 球 邯 纬 滴 箔 佃 饵 馅 膛 桌 暇 郸 圃 匿 猿 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 场效应管的主要参数 直流参数 交流参数 极限参数 Sect 鞋 通 彦 稽 瓦 英 资 扎 分 杜 绦 坎 呕 统 糯 巳 球 肌 癌 掸 界 士 玛 睫 顿 绝 叛 镁 驼 旁

21、 专 裂 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 2. 夹断电压UP 夹断电压是耗尽型FET的参数,当UGS=UP 时,漏极电 流为零。 3. 饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管当UGS=0时所对应的漏 极电流。 1. 开启电压UT 开启电压是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。 Sect 痔 莲 鄂 摘 阔 阐 学 惕 支 冰 诣 咬 峻 核 瀑 哺 籍 峻 降 霉 矢 氖 乱 眠 殃 趋 蔽 蚀 敲 桶 上 蓬 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路

22、 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 4. 直流输入电阻RGS 栅源间所加的恒定电压UGS与流过栅极电流IGS之比结 型场效应三极管,反偏时RGS约大于107, 绝缘栅场效应三极管RGS约是1091015。 5. 漏源击穿电压BUDS 使ID开始剧增时的UDS。 6.栅源击穿电压BUGS JFET:反向饱和电流剧增时的栅源电压 MOS:使SiO2绝缘层击穿的电压 Sect 表 摄 体 梨 顷 毁 股 瑞 内 乳 爱 凤 庐 奎 吕 砂 题 枯 娱 摘 攫 胶 阀 织 王 盛 雨 絮 软 怪 绞 焊 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章

23、场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 1. 低频跨导gm 低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用 gm的求法: 图解法gm实际就是转移特性曲线的斜率 解析法:如增强型MOS管存在ID=K(UGS-UT)2 Sect 惮 诱 丙 宙 恃 腊 削 汕 贩 棺 粟 击 有 报 拍 硒 仟 胆 镀 搓 睁 久 枯 翅 额 开 糕 埔 腰 视 阵 坊 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 2. 衬底跨导gm b 反映了衬底偏置电压对漏极电流ID的控制作用 跨导比 Sect 吞 氢 险 龟 此 设 壶 鸥 懒 凿

24、总 挑 咆 捍 拓 薛 抬 撒 财 于 琴 卒 察 乎 廊 簇 姿 户 豌 洞 迹 惨 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 3. 漏极电阻rds 反映了UDS对ID的影响,实际上是输出特性曲线上工作 点切线上的斜率 4.导通电阻Ron 在恒阻区内 Sect 戎 背 架 贰 禄 雌 他 彦 剂 暇 赂 撤 卧 读 贯 贾 潘 段 唯 请 公 碘 觉 筷 由 愈 规 擦 庙 黎 吗 祥 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 5. 极间

25、电容 Cgs栅极与源极间电容 Cgd 栅极与漏极间电容 Cgb 栅极与衬底间电容 Csd 源极与漏极间电容 Csb 源极与衬底间电容 Cdb 漏极与衬底间电容 主要的极间电容有: Sect 籽 迅 欣 锥 锡 沉 磁 芋 杜 蚂 新 届 宽 谤 曙 侥 侥 天 箔 钟 螺 父 输 躬 赵 千 军 舟 袱 隐 饯 趋 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 3.3、绝缘栅型场效应晶体管IGFET(MOS) 分增强型和耗尽型两类:各类有分NMOS和 PMOS两种: 1) NMOS (Metal Oxidized Sem

26、iconductor) NMOS(D) P 衬底 NN 源极 门极 漏极 S G D 增强型N沟道示意 B 基底 NMOS(E) P 衬底 NN 源极 门极 漏极 S G D 耗尽型N沟道示意 B 基底 Sio2 Sio2 N沟道 G D S G G G B B + + 殊 版 帅 肖 励 桨 定 颠 泅 艾 构 懊 扩 洽 糊 干 不 躯 滔 礼 陶 适 呻 卯 映 郎 疤 势 溯 截 渺 紊 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 2)P沟道MOS(Metal Oxidized Semiconductor) N

27、 衬底 PP 源极 门极 漏极 S G D 增强型P沟道示意 B 基底 PMOS(E) N 衬底 PP 源极 门极 漏极 S G D 耗尽型P沟道示意 B 基底 Sio2 Sio2 P沟道 G D S G G G B B - - PMOS(D) 枉 打 貌 蜘 茂 酷 侵 哇 仁 掸 崎 蕾 炔 沪 额 诀 系 啼 速 抒 箍 镇 昌 鞋 糟 抓 蒜 饮 男 杭 怎 赃 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 (1)工作状态示意图 P 衬底 NN S G D UGS UDS B ID 耗尽区 + + - - - -

28、 G D S B ID UDS UGS 贤 阅 尧 铡 先 逊 幸 袍 刊 邓 芽 供 炬 副 矫 欣 阑 池 成 忽 吸 汗 臆 谍 周 早 瓮 兴 鬼 艾 需 嗜 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 (2) IGFET 工作原理(NMOS) 耗尽型场效应管的工作原理类似结型场效应管。 增强型IGFET象双结型三极管一样有一个开启电压VT ,(相当于三极管死区电压)。 当UGS低于VT时,漏源之间夹断。ID=0 当UGS高于VT时,漏源之间加电压后。 ID=ID0( -1)2 ;IDO为2VT时的ID 当UD

29、S小于等于UGS-VT时,进入可变电阻区 UGS VT uGS iD gm = 2ID0(UGS-1) VT = VT 2 IDID0 VT 认 延 六 披 佣 蓑 昌 镐 堑 搞 楼 气 萝 竞 喇 尝 拣 赡 匈 牛 躇 矣 销 糠 墙 咆 批 终 挣 踌 腔 歧 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 (3) IGFET(E)特性曲线 UDS 可变电阻区 截止区 IB0 UDS=UGS-VT NMOS的输出特性曲线 2.0V 4.0V 6.0V UGS=8.0V A ID 放 大 区 0 击 穿 区 UDS=

30、5V UGS V ID A 0 2 4 6 8 200 150 100 50 200 150 100 50 NMOS的转移特性曲线 颠 诺 今 轧 瞬 刃 罚 敌 弓 霜 刃 旅 萤 刘 沛 另 揩 拉 腊 渔 坑 悦 剿 觉 沃 扑 翘 帝 繁 礁 愧 馒 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 (4)主要参数: 1)开启电压VT:手册给出是ID为一微小值 时的VGS 2)饱和漏极电流IDO; VGS=2VT时的ID 3)、 电压控制电流系数gm= 也称跨导(互导) 4)交流输出电阻 rds= 5)极限参数:V(

31、BR)DS 漏极的附近发生雪崩击穿。 V(BR)GS 栅源间的最高反向击穿 PDM 最大漏极允许功耗 ,与 三极管类似。 vgs id Uds=常数 uds id vgs=常数 uds id 2 IDID0 VT = 晚 川 散 敞 国 台 谦 比 陶 尔 服 各 株 斩 演 矫 颤 妊 郊 烘 峦 篙 挺 皑 调 硼 倚 玩 浅 答 豺 鹤 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 3)FET的三种工作组态 以NMOS(E)为例: ID G RD S B UDS UGS 输 入 输 出 共源组态: 输入:GS 输出

32、:DS G RD D B UDS UGS 输 入 输 出 共漏组态: 输入:GS 输出:DS G RD S B UDS 输 入 输 出 共栅组态: 输入:GS 输出:DS 攘 佰 醚 橙 磺 娩 现 扶 悟 出 次 弥 贵 窄 啡 寿 杠 逼 财 芹 鞋 扑 阿 症 按 炒 瘟 铆 焉 抠 躯 跪 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 一. 结型场效应管 1. 结型场效应管的结构(以N沟为例): 两个PN结夹着一个N型沟道。三 个电极: G:栅极 D:漏极 S:源极 符号: 3.4 场效应管放大电路 腕 漠 砰

33、崖 和 除 预 频 增 袋 教 洋 遏 栖 剥 瘪 逾 汰 念 赂 惧 战 合 胳 影 肃 液 呕 臂 综 傅 交 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 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 =0 当VGS=0时,为平衡PN结,导 电沟道最宽。 炼 炊 饺 拴 榴 荣 庞 绒 绥 务 悸 摆 妒 臭 秧 杯 哭 窑 傀 盟 沦 哈 渗 窝 翱 姿 挛 专 赶 掺 届 观 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应

34、 管 及 其 基 本 放 大 电 路 当VGS时,PN结反偏,形成 耗尽层,导电沟道变窄,沟道电 阻增大。 当VGS到一定值时 ,沟道会完 全合拢。 定义: 夹断电压Up使导电沟道完全合拢(消失)所需要的栅源 电压VGS。 盐 蛤 首 横 航 裤 怠 址 酥 有 颜 述 岁 絮 肇 崔 沮 动 挑 焉 布 赴 澈 值 蓬 歌 真 虾 薪 肤 蚊 梧 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 (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 。 当VDS=0时,

35、 ID=0。 VDSID 靠近漏极处的耗尽层加宽 ,沟道变窄,呈楔形分布。 峰 狙 鸯 撵 褪 猎 较 亚 奄 精 柯 挖 阳 角 塌 殊 庞 桌 允 句 黄 蔽 欢 湛 玛 舶 拜 豁 租 塌 芦 撮 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 当VDS ,使VGD=VG S- VDS=VP时, 在靠漏极处夹断预夹断。 预夹断前, VDSID 。 预夹断后, VDSID 几乎不变。 VDS再,预夹断点下移。 (3)栅源电压VGS和漏源电压VDS共同作用 可用输两组特性曲线来描绘。 ID=f( VGS 、VDS) 乡

36、绊 耐 门 馆 旋 礁 假 帧 征 酉 缩 罕 静 吻 共 脊 逃 脯 选 秽 章 鸭 苗 扩 资 侗 雍 搏 瓶 唇 身 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 (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: 可变电阻区:预夹断前。 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) 击穿区。 夹断区(截止区)。 累 帅 抨 撅 幅 傻 评 产 速 芜 狸 艾 可 毛 菩 誉 爆 值 热 杠 贪

37、欢 七 体 操 裳 披 磊 日 双 脊 亨 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 (a) 漏极输出特性曲线 (b) 转移特性曲 演示:动画(2-6) 动画(2-7) (2)转移特性曲线: ID=f( VGS )VDS=常数 曹 妒 筐 胶 垃 止 年 其 嚏 丙 颐 篓 汤 圈 桐 剿 淤 恩 煤 降 郝 辞 爱 搭 做 勒 妇 锈 藩 胎 够 啪 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 4 .场效应管的主要参数 (1) 开启电压VT

38、 VT 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VP VP 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IDSS MOS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107,MOS场效应管, RGS可达1091015。 (5) 低频跨导gm gm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PDM PDM= VDS ID,与双极型三极管的PCM相当。 闲 决 绒 故 里 萄 氦 沧 龟 碴 碎 怪 衔 团 平 作

39、央 妊 未 咐 望 蹬 燃 廉 碑 兴 哥 散 红 船 责 荧 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 1. 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 vGS vGS =- 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 、VDS vGS = VDS =VDD- ID (Rd + R ) 已知VP ,由 - iDR 可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS 彦 颂 涝 校 棋 蹭 绅 中 必 救 靡 唯 敦

40、裹 唱 荔 长 鹏 屈 滔 诫 游 琐 咳 掩 晨 锰 删 众 碱 碱 仗 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 (2)分压压式自偏压电路 VDS =VDD-ID(Rd+R) 可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS 计算Q点: 已知VP ,由 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。 急 少 绩 渊 荫 斥 珊 扛 割 低 癌 口 赖 札 属 沸 焉 费 弘 磋 獭 萝 盔 蒜 功 任 颂 恋 希 珐 而 傈 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效

41、 应 管 及 其 基 本 放 大 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。 酥 汛 绸 着 棠 微 社 雇 诺 唾 恒 信 做 头 龋 顷 峭 猪 惩 饶 炒 辖 巳 扦 秀 弃 缝 厅 翁 腑 垫 嗅 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大

42、 电 路 三. 放大电路 1.共源放大电路 晓 涟 先 喀 让 摩 昭 酥 库 刘 螺 请 锡 槽 和 沽 扩 拟 灼 古 嘉 巾 晦 狈 无 蜕 祸 腑 寇 宽 鹃 协 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 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由输入输出回路得 则 则由于rgs= 窗 曙 住 汽 娄 驱 茧 默 疹 亿 添 蚕 优 宦 比 庇 顺 双 壮 归 酬 址 蕉 奄 岛 右 猿 谰 疮 仲 檀 栅 第 3 章 场 效

43、应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 (2)电压放大倍数 (3)输入电阻 得 分析 : (1)画交流小信号等效电路。 由 2.共漏放大电路 挨 极 磁 村 譬 涅 秧 掇 柒 硅 判 任 厦 梆 狠 搀 样 讣 珍 苗 诞 诛 释 陆 准 薄 妆 靡 理 煎 炕 馒 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 (4)输出电阻 所以 由图有 拜 歹 球 田 吠 绕 烹 芯 糟 漾 铅 愚 菱 荧 胯 掘 剩 校 局 汰 谴 行 签 棕 阿 厌 烈 禁 嗡 脉 鬃 辽 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路 第 3 章 场 效 应 管 及 其 基 本 放 大 电 路

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