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1、掌握内容：JFET特性的比较 理解内容：JFET的特性及参数 了解内容：JFET的结构、工作原理； 重 点：NMOSFET及其共源放大电路（CS电路） 难 点：N沟道增强型MOSFET的工作原理 本章学时：6,第四章 场效应管放大路,第四章 场效应管放大路,主要内容：,4.1 结型场效应管,4.2 MOS 场效应管,4.3 场效应管的主要参数,4.4 场效应管放大电路,小结,引 言,场效应管 FET (Field Effect Transistor),类型：,结型 JFET (Junction Field Effect Transistor),绝缘栅型 IGFET(Insulated Gate
2、 FET),特点：,1. 单极性器件(一种载流子导电),3. 工艺简单、易集成、功耗小、 体积小、成本低,2. 输入电阻高 (107 1015 ，IGFET 可高达 1015 ),4.1 结型场效应管,1. 结构与符号,N 沟道 JFET,P 沟道 JFET,2. 工作原理,uGS 0，uDS 0,此时 uGD = UGS(off)；,沟道楔型,耗尽层刚相碰时称预夹断。,预夹断,当 uDS ，预夹断点下移。,3. 转移特性和输出特性,UGS(off),当 UGS(off) uGS 0 时,O,O,一、增强型 N 沟道 MOSFET (Mental Oxide Semi FET),4.2 MOS
3、 场效应管,1. 结构与符号,P 型衬底,(掺杂浓度低),用扩散的方法 制作两个 N 区,在硅片表面生一层薄 SiO2 绝缘层,用金属铝引出 源极 S 和漏极 D,在绝缘层上喷金属铝引出栅极 G,S 源极 Source,G 栅极 Gate,D 漏极 Drain,2. 工作原理,1)uGS 对导电沟道的影响 (uDS = 0),反型层 (沟道),1)uGS 对导电沟道的影响 (uDS = 0),a. 当 UGS = 0 ，DS 间为两个背对背的 PN 结；,b. 当 0 UGS UGS(th)(开启电压)时，GB 间的垂 直电场吸引 P 区中电子形成离子区(耗尽层)；,c. 当 uGS UGS(
4、th) 时，衬底中电子被吸引到表面， 形成导电沟道。 uGS 越大沟道越厚。,2) uDS 对 iD的影响(uGS UGS(th),DS 间的电位差使沟道呈楔形，uDS，靠近漏极端的沟道厚度变薄。,预夹断(UGD = UGS(th)：漏极附近反型层消失。,预夹断发生之前： uDS iD。,预夹断发生之后：uDS iD 不变。,3. 转移特性曲线,UDS = 10 V,UGS (th),当 uGS UGS(th) 时：,uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值,开启电压,O,4. 输出特性曲线,可变电阻区,uDS uGS UGS(th),uDS iD ，直到预夹断,饱和(放大区),uDS，i
5、D 不变,uDS 加在耗尽层上，沟道电阻不变,截止区,uGS UGS(th) 全夹断 iD = 0,截止区,饱和区,可 变 电 阻 区,放大区,恒流区,O,二、耗尽型 N 沟道 MOSFET,Sio2 绝缘层中掺入正离子在 uGS = 0 时已形成沟道；在 DS 间加正电压时形成 iD，,uGS UGS(off) 时，全夹断。,二、耗尽型 N 沟道 MOSFET,输出特性,转移特性,IDSS,UGS(off),夹断 电压,饱和漏 极电流,当 uGS UGS(off) 时，,O,三、P 沟道 MOSFET,增强型,耗尽型,N 沟道增强型,P 沟道增强型,N 沟道耗尽型,P 沟道耗尽型,IDSS,
6、FET 符号、特性的比较,N 沟道结型,P 沟道结型,4.3 场效应管的主要参数,开启电压 UGS(th)(增强型) 夹断电压 UGS(off)(耗尽型),指 uDS = 某值，使漏极 电流 iD 为某一小电流时 的 uGS 值。,UGS(th),2. 饱和漏极电流 IDSS,耗尽型场效应管，当 uGS = 0 时所对应的漏极电流。,UGS(th),3. 直流输入电阻 RGS,指漏源间短路时，栅、源间加 反向电压呈现的直流电阻。,JFET：RGS 107 ,MOSFET：RGS = 109 1015,4. 低频跨导 gm,反映了uGS 对 iD 的控制能力， 单位 S(西门子)。一般为几毫西
7、(mS),O,PDM = uDS iD，受温度限制。,5. 漏源动态电阻 rds,6. 最大漏极功耗 PDM,4.4 场效应管放大电路,4.4.2 场效应管电路小信号 等效电路分析法,4.4.1 场效应管放大电路的组态,4.4.1 场效应管放大电路的组态,三种组态：,共源、共漏、共栅,特点：,输入电阻极高， 噪声低，热稳定性好,一、直流偏置电路,1. 自给偏压电路,栅极电阻 RG 的作用：,(1)为栅偏压提供通路,(2)泻放栅极积累电荷,源极电阻 RS 的作用：,提供负栅偏压,漏极电阻 RD 的作用：,把 iD 的变化变为 uDS 的变化,UGSQ = UGQ USQ = IDQRS,2. 分
8、压式自偏压电路,调整电阻的大小，可获得：,UGSQ 0,UGSQ = 0,UGSQ 0,例 1 耗尽型 N 沟道 MOS 管，RG = 1 M， RS = 2 k，RD= 12 k ，VDD = 20 V。 IDSS = 4 mA，UGS(off) = 4 V，求 iD 和 uO 。,iG = 0, uGS = iDRS,iD1= 4 mA,iD2= 1 mA,uGS = 8 V, UGS(off),增根,uGS = 2 V,uDS = VDD iD(RS + RD) = 20 14 = 6 (V),uO = VDD iD RD = 20 14 = 8 (V),在放大区,例 2 已知 UGS(
9、off)= 0.8 V，IDSS = 0.18 mA， 求“Q”。,解方程得：IDQ1 = 0.69 mA，UGSQ = 2.5V (增根，舍去),IDQ2 = 0.45 mA ， UGSQ = 0.4 V,4.4.2 场效应管电路小信号等效电路分析法,小信号模型,从输入端口看入，相当于电阻 rgs()。,从输出端口看入为受 ugs 控制的电流源。,id = gmugs,一 、场效应管等效电路分析法,例 3 gm= 0.65 mA/V，ui = 20sint (mV)，求交流输出 uo。,10 k,4 k,交流通路,小信号等效电路,ui = ugs+ gmugsRS,ugs= ui / (1
10、+ gmRS),uo = gmui RD / (1 + gmRS),= 36sin t (mV),二、性能指标分析,1. 共源放大电路,有 CS 时：,无 CS 时：,RS,Ri、Ro 不变,2. 共漏放大电路,io,Ro,小 结,第 4 章,场效应管,1. 分类,按导电沟道分,N 沟道,P 沟道,按结构分,绝缘栅型 (MOS),结型,按特性分,增强型,耗尽型,uGS = 0 时， iD = 0,uGS = 0 时， iD 0,增强型,耗尽型,(耗尽型),2. 特点,栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流,输入电阻高，工艺简单，易集成,由于 FET 无栅极电流，故采用转移特性和 输出特性描述,3. 特性,不同类型 FET 转移特性比较,结型,N 沟道,增强型,耗尽型,MOS 管,(耗尽型),IDSS,开启电压 UGS(th),夹断电压UGS(off),IDO 是 uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值,作业： P191 4.4.2 P192 4.4.4,