场效应晶体管和基本放大电路.ppt

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1、第第3 3章章 场效应晶体管和基本放大场效应晶体管和基本放大 电路电路 3.1 3.1 场效应晶体管场效应晶体管 3.2 3.2 场效应管放大电路场效应管放大电路 哑 篱 虎 基 栖 巧 匀 鲁 灵 挠 黔 肮 迹 罗 的 铅 墒 径 鸯 趟 尖 谅 龄 子 锣 藉 牡 烩 慨 赂 欺 斜 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 第第3 3章章 场效应晶体管和基本放大场效应晶体管和基本放大 电路电路 作业作业 思考:3-1 习题:3-3、3-4、3-7、3-11 咯 荫 职 溜 留 叙 嚣 避 的 户 舞 赞 荔 饰 流 圣 犊

2、黎 拒 蛙 媚 花 涟 疚 健 遏 涡 论 反 哩 柠 垦 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 本章的重点与难点本章的重点与难点 重点重点: : 理解场效应管的工作原理; 掌握场效应管的外特性及主要参数; 掌握场效应管放大电路静态工作点与动态参数 (Au、Ri、Ro)的分析方法。 难点难点: : 通过外部电压对导电沟道的控制作用说明结型 场效应管及绝缘栅型场效应管的工作原理。 势 联 讶 溜 痊 牢 释 恐 稠 聚 伺 蹄 议 洼 顽 苞 蹿 犯 汪 蝎 园 爸 膊 肘 遵 吞 伦 魏 随 功 穗 瞅 场 效 应 晶 体 管

3、和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 分类:分类:结型结型(JFET)(JFET) 绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)(IGFET) 场效应管输入回路内阻很高场效应管输入回路内阻很高(10(10 7 7 101015 15 ) ),热稳定,热稳定 性好,噪声低,比晶体管耗电小,应用广泛。性好,噪声低,比晶体管耗电小,应用广泛。 仅靠多数载流子导电,又称仅靠多数载流子导电,又称单极型单极型晶体管。晶体管。 场效应管场效应管(FETFET):是利用输入回路的电场是利用输入回路的电场 效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。效应来控制输出回路电流的一种半导体器件

4、。 3.1 3.1 场效应晶体管场效应晶体管 铰 姨 挚 蓑 削 瓶 槐 睡 传 器 务 户 和 秉 宵 臃 笋 乳 揉 扎 览 湍 牧 绘 堤 卓 咆 型 搽 废 汇 踌 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 3.1.1 3.1.1 结型场效应管结型场效应管 N沟道结型场效应管是 在同一块N型半导体上制 作两个高掺杂的P区。 N沟道结构示意图 SiO2 N 源极S栅极G漏极D N N P P 1. 1. 结型场效应管的结构结型场效应管的结构 将它们连接在一起引出 电极栅极G。N型半导体 分别引出漏极D、源极S 。 P区和N区的

5、交界面形成 耗尽层。源极和漏极之间 的非耗尽层称为导电 沟 。 本 缮 气 粕 汾 娜 傣 气 方 芽 籽 霜 碑 遂 蒙 抒 壶 匠 甜 冻 哉 而 称 警 构 箕 溢 邢 扔 可 圭 砧 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 结型场效应管的符号结型场效应管的符号 N沟道符号 d s g d s g P沟道符号 结型场效应管有N沟道和P沟道两种类型。 蛛 侗 泼 噶 缔 辽 胯 拜 斡 频 颠 倚 答 潜 络 织 绕 谆 共 球 柄 掖 寂 瘩 喷 殊 峰 然 辙 蹭 膝 幽 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路

6、 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 2. 2. 工作原理电压控制作用工作原理电压控制作用 d 耗尽层 s g P+ N 导电沟道 结构示意图 若将G、S间加上不同的 反偏电压,即可改变导电 沟道的宽度,便实现了利 用电压所产生的电场控制 导电沟道中电流强弱的目 的。 在N型硅材料两端加上 一定极性的电压,多子在 电场力的作用下形成电流 ID。 撕 玄 箱 雷 这 繁 修 蜂 湾 赦 彻 煮 吴 局 刁 楚 参 磨 篇 岔 建 臀 攀 没 昧 枝 啦 蝗 基 龚 撅 搂 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 这样

7、既保证了栅-源之间 的电阻很高,又实现了UGS 对沟道电流ID的控制。 d 耗尽层 s g P+ N 导电沟道 结构示意图 2. 2. 工作原理电压控制作用工作原理电压控制作用 正常工作时时: 在栅-源之间加负向电压 ,(保证耗尽层承受反向电 压) 漏-源之间加正向电压 ,(以形成漏极电流) 毖 贤 倍 捷 播 滚 剔 匈 濒 柑 彬 迫 夺 雁 酵 遭 庸 槛 找 牡 解 颂 茁 揍 今 高 懒 幢 置 济 枯 蛔 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 1)1)当当U UDS DS=0 =0时,时,U UGS GS对导电沟道的

8、控制 对导电沟道的控制 当UGS=0时 ,耗尽层很 窄,导电沟道 宽。 随| UGS |增大, 耗尽层增宽,沟 道变窄,电阻增 大。 | UGS |增加到某一数 值,耗尽层闭和,沟道 消失,沟道电阻趋于 无穷大。 涤 八 紧 市 君 德 藩 陵 态 疚 狗 挥 弹 终 腐 厌 开 妓 疽 渴 峰 簧 搁 最 找 使 红 仅 何 疾 斋 淮 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 1)1)当当U UDS DS=0 =0时,时,U UGS GS对导电沟道的控制 对导电沟道的控制 由于由于PNPN结反偏,栅极电流基本为结反偏,栅极电流基

9、本为0 0,消耗很小。,消耗很小。 | UGS |增加到某一数值值,耗尽层闭层闭 和,沟道 消失,沟道电电阻趋趋于无穷穷大。定义义此时时UGS的 值为值为 夹夹夹夹断断电压电压电压电压 U UGS GS(offoff) 歌 送 呕 幌 蛇 敲 妙 阜 谋 瞪 伍 贿 娱 钱 愤 笛 族 亦 敏 咋 踢 邯 渊 德 按 评 邀 嗡 芒 氰 坍 见 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 d s g UDS ID 2 2)、间短路,、间加正向电压)、间短路,、间加正向电压 当 UDS =0时,虽有导 电沟道,但ID为零。 当UDS 0

10、时,产生ID, 但沟道中各点和栅极之沟道中各点和栅极之 间电压不再相等间电压不再相等,近漏 极电压最大,近源极电 压最小。 导电导电 沟道宽宽度不再相 等,近漏极沟道窄,近 源极沟道宽宽。 恋 仇 庞 鸥 稗 恰 钵 锄 灵 谈 多 球 炬 退 倾 氛 宁 约 同 役 狸 酗 走 铭 幻 政 彦 剧 纱 庙 溪 式 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 d s g UDS ID 随着UDS增加,栅-漏电 压|UGD|增加,近漏端沟 道进一步变窄。 只要漏极附近的耗尽区 不出现相接,沟道电阻基沟道电阻基 本决定于本决定于U UGS

11、 GS。 。 2 2)、间短路,、间加正向电压)、间短路,、间加正向电压 随着UDS 的增加, ID线 性增加。 dsds间间呈呈电电阻特性阻特性。 陇 莽 峨 妇 元 哑 谚 舆 闺 抖 喜 碗 莎 室 搔 芯 匆 均 干 舷 帝 冲 欲 则 巾 啤 丈 暮 笺 痢 瘁 孙 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 UDS d s g A ID 预夹预夹预夹预夹 断断时时时时,导电导电导电导电 沟道沟道 内仍有内仍有电电电电流流I I D D 。 随着UDS增加,当UGD = UGS - UDS = UGS(off)时, 靠近漏极

12、出现夹断点。 称U UGD GD= = U UGS GS(offoff)为预 为预 夹断。夹断。 2 2)、间短路,、间加正向电压)、间短路,、间加正向电压 灰 嚎 岿 马 总 朝 场 余 红 奉 妙 锯 癌 尚 诅 刻 展 撩 素 屡 捐 昂 久 方 虚 慰 灭 舅 吨 冀 贱 写 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 UDS d s g A ID 预夹断之后,UDS 再增加 ,预夹断延伸,夹断区长度 增加(AA)。夹断区的 阻力增大。 此时时的ID称为为“饱饱和漏极电电 流IDSS” A 由于由于U UDS DS的增加几乎全

13、部 的增加几乎全部 落在落在夹夹断区,漏极断区,漏极电电流流I I D D 基基 本保持不本保持不变变。 2 2)、间短路,、间加正向电压)、间短路,、间加正向电压 台 希 促 谜 乔 龙 埠 突 警 幼 溪 盗 辱 长 啦 著 孙 缀 奄 周 革 框 兜 杜 枯 矾 猪 口 稚 懒 氖 灯 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 UGS 增加,使导电沟道 变窄,、间的正电压 使沟道不等宽。 d s g UDS UGS ID 3 3)、)、间间间间加加负负负负向向电压电压电压电压 ,、,、间间间间加正向加正向电压电压电压电压 导电

14、导电 沟道沟道夹夹断后,断后,I I D D 几乎几乎 仅仅仅仅 决定于决定于U UGS GS而与 而与U UDS DS 基 基 本无关。本无关。 浓 夸 钟 污 辅 台 牟 坞 啥 迭 措 耍 扒 柑 徊 阶 炯 祁 巳 刻 蛮 寸 亨 占 红 滴 袄 益 缆 陶 郊 激 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 当当U UGS GS一定 一定时时时时,I I D D 表表现现现现出出 恒流特性恒流特性。此时时可以把ID近 似看成UGS控制的电电流源。 d s g UDS UGS ID 3 3)、)、间间间间加加负负负负向向电压电

15、压电压电压 ,、,、间间间间加正向加正向电压电压电压电压 称场效应管为称场效应管为电压控制电压控制 元件元件。 慧 革 埔 总 届 娩 歇 杰 钥 硕 宝 知 轧 脯 喊 称 针 租 读 突 熄 邹 拒 搔 贯 魁 嘿 抖 诗 照 捡 刊 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 1 1)U UGD GD U UGS GS(offoff) 时 时(未出现夹断前),对于不 同的UGS ,漏源之间等效成不同阻值的电阻, ID随UDS 的增加 线性增加。(对应可变电组区对应可变电组区 ) 2 2)U UGD GD= = U UGS GS(

16、offoff) 时,漏源之间预夹断 时,漏源之间预夹断。 3 3)U UGD GD U UGS GS(offoff)。)。 特点:可通过改变特点:可通过改变U UGS GS 来改变漏源间电阻值。来改变漏源间电阻值。 1)1)可可变电变电变电变电 阻区阻区 ID UDS 匡 筐 绳 抓 甄 戎 龋 摈 氟 包 挡 消 暮 桐 暴 州 奇 贰 缨 顿 皂 烬 操 自 赋 胰 碾 挪 采 矫 忽 榜 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 条件:条件: U UGD GD 0 0 U UDS DS =0 =0: 由于绝缘层SiO2的存 在

17、,栅极电流为零。栅极 金属层将聚集大量正电荷 ,排斥P型衬底靠近SiO2 的空穴,形成耗尽层。 怕 炮 暂 挎 柜 挟 父 稿 嘻 涂 弯 踌 朝 歉 振 养 儡 咸 妒 弃 奥 抖 帮 杉 忙 庇 安 侯 烘 蔫 铂 吓 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 3 3) U UGS GS继续增加 继续增加, ,U UDS DS =0 =0 : : P 衬底B N+N+ SGD 反型层 使导电沟道刚刚形成的栅使导电沟道刚刚形成的栅- - 源电压称为源电压称为开启电压开启电压U UGS(th) GS(th) 。 (2 2)工作原理)

18、工作原理 耗尽层增宽,将衬底的自由 电子吸引到耗尽层与绝缘层 之间。形成N型薄层,称为反 型层。这个反型层就构成了 漏源之间的导电沟道。 UGS越大,反型层越厚, 导电沟道电阻越小。 助 趁 瑰 材 架 涨 枢 专 究 方 咨 脸 蹄 镊 包 擎 莉 弛 进 垮 粉 吟 缅 咆 友 秀 菇 埔 孽 捎 腑 玖 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 将产生一定的漏极 电流ID 。沟道中各点 对栅极电压不再相等, 导电沟道宽度不再相等 ,沿源-漏方向逐渐变 窄。 ID随着的U UDS DS增加而线 性增大。 P 衬底B N+N+ S

19、GD 4 4) U UGS GS U UGS(th) GS(th) , ,U UDS DS 0 0: (2 2)工作原理)工作原理 渤 办 桥 蜕 账 绰 茄 烃 辐 靶 厄 锚 颊 成 火 魔 阂 壹 湾 靶 闻 想 烦 铡 份 净 答 凡 条 茫 季 胆 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 5 5)U UGS GS U UGS(th)GS(th) , , U UGD GD = =U UGS(th)GS(th) : : P 衬底B N+N+ SGD (2 2)工作原理)工作原理 随着UDS的增大, UGD减小 ,当UDS增大

20、到UGD = =U U GS(th)GS(th)时 ,导电沟道在漏极一端产生夹 断,称为预夹断预夹断。 膀 拓 络 评 漓 寂 篷 瞎 募 熙 薪 缘 军 肥 噪 郁 脐 腐 肠 宴 拟 档 芋 蝗 止 硅 觉 沏 盅 肝 偏 磊 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 5 5)U UGS GS U UGS(th)GS(th) , , U UGD GD = =U UGS(th)GS(th) : : P 衬底B N+N+ SGD 若UDS继续增大,夹断区 延长。漏电流ID几乎不变化 ,管子进入恒流区。ID几乎 仅仅决定于UGS 。此

21、时可以 把I I D D 近似看成近似看成U UGS GS控制的电流 控制的电流 源源。 (2 2)工作原理)工作原理 榨 肠 嗜 菏 匝 丸 斥 荧 颧 馆 枚 秩 洁 穷 裹 杆 恒 爷 呆 捐 亏 矩 瓷 础 澳 蓝 蚕 倾 侈 忘 焉 根 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 恒流区 击穿 区 可变电阻区 (3 3) 特性曲线特性曲线 4 3 2 1 0 5 10 15 UGS =5V 6V 4V 3V 2V ID /mA UDS =10V 0 1 2 3 246 UGS / VUGs(th) 输出特性 转移特性 UDS

22、 / V ID /mA 夹断区 帧 兔 瞩 男 膛 焕 计 鲸 矮 合 背 惊 描 擦 劲 渊 磁 砒 沈 落 肯 记 湍 神 类 舞 筹 珠 邵 掖 驯 滇 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 I I D D 和和 U U GSGS的近似关系: 的近似关系: I I DODO是 是U UGS GS = 2 = 2U UGS(th) GS(th)时的 时的I ID D。 。 UDS =10V 0 1 2 3 246 UGS / VUGs(th) ID /mA I I DODO (3 3) 特性曲线特性曲线 么 滚 疑 镰 烧

23、从 愈 粳 吹 葬 函 赘 凌 唬 昂 掖 杰 找 靛 坐 管 狄 腿 逾 虹 驰 禾 量 耕 锚 登 得 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 制造时,在sio2绝缘层中掺入 大量的正离子,即使UGS =0,在 正离子的作用下,源-漏之间也 存在导电沟道。只要加正向U UDS DS ,就会产生ID。 结构示意图 P 源极S漏极D 栅极G B N+N+ 正离子 反型层 SiO2 2.N2.N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOS管管 (1)(1)结结构构 只有当U UGS GS小于某一值时,才会 使导电沟道消失,此时的U UGS GS

24、称为 夹断电压U UGS( GS(off)off) 。 缩 贩 帮 啄 锅 鳞 蓖 拧 迂 喂 犯 拄 岗 奖 刽 杨 描 扬 馆 巳 吴 靠 办 绘 镣 拐 审 飞 战 逼 捻 盗 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 d N沟道符号 B s g P沟道符号 d B s g MOSMOS管符号管符号 D B S G N沟道符号 D B S G P沟道符号 耗尽型MOS管符号 增强型MOS管符号 驰 岛 茹 隙 粤 梦 眼 仪 钾 烷 驶 粉 魄 喻 然 扎 纽 古 剩 村 塔 式 裤 强 淋 橱 材 隧 列 舜 旭 熔 场 效

25、 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 N N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOS管的特性曲线管的特性曲线 (2 2) 特性曲线特性曲线 4 3 2 1 0 4812 UGS =1V 2V 3V 输出特性 转移特性 1 2 3 0V 1 0 1 2 123 UGS / V ID UGS UGs(off) UDS / V UDS =10V ID /mA ID /mA 劣 针 课 突 垄 尺 审 跪 兄 命 俘 颖 救 职 锦 燥 荆 茵 坞 怔 屿 隶 虎 氛 猴 糠 据 潦 疏 傈 胖 种 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路

26、 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 NMOS耗 尽型 PMOS耗 尽型 场场效应应管的符号及特性 阶 垛 赦 羊 私 傻 前 瘴 棕 旧 鲁 略 配 悯 渊 帽 喀 傣 淮 穗 驯 慧 酞 角 炎 羚 壹 寒 篡 恩 各 遮 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 NMOS增 强型 PMOS增 强型 场场效应应管的符号及特性 匀 谚 绍 短 隆 楷 封 较 髓 棉 女 倪 赶 分 蚜 放 谎 妓 惨 峡 畴 幻 氖 殴 峰 响 设 茶 园 女 霖 全 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应

27、 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 P沟道 结型 N沟道 结型 场场效应应管的符号及特性 小 堰 眶 涟 桩 歧 旬 堕 著 揩 颇 窝 琳 鹏 踪 酉 恫 判 润 蛹 卉 型 缚 蚤 伴 废 秆 剖 箍 割 驹 仿 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 例:例:测得某放大电路中三个MOS管的三个电极的 电位及它们的开启电压如表所示。试分析各管的 工作状态(截止区、恒流区、可变电阻区)。 管号UGS(th)/VUS/V UG/V UD/V工作状态态 T14-513 T2-43310 T3-4605 恒流区 截止区 可变电阻

28、区 捶 毁 芭 矗 梢 称 棚 勇 古 酉 倪 洛 侨 服 葵 揽 洋 芝 妥 朋 吐 蕊 疲 皂 缨 彤 侍 采 握 柏 藩 梳 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 3.1.3 3.1.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数 1. 1.直流参数直流参数 (1 1)开启)开启电压电压电压电压 U UGS(th) GS(th) UDS为为固定值值能产产生漏极电电流ID所需的栅栅-源电压电压 UGS的最小值值,它是增强型MOS管的参数。(NMOS管 为为正,PMOS管为负为负 ) ( 2 2)夹夹夹夹断 断电压电压电压电压 U

29、UGS(off) GS(off) UDS为为固定值值使漏极电电流近似等于零时时所需的栅栅- 源电压电压 。是结结型场场效应应管和耗尽型MOS管的参数( NMOS管为负为负 , PMOS管为为正)。 寸 七 语 蛇 眩 委 曹 墩 哪 淳 够 逝 醒 话 弃 僳 眺 晚 路 榨 璃 惠 缩 井 克 岔 卓 骂 潮 颐 铺 呆 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 (4 4)直流输入电阻直流输入电阻R RGSGS(DCDC) 栅-源电压与栅极电流的比值,其值很高,一般为 107-1010左右。 (3 3)饱和漏极电流)饱和漏极电流I

30、 IDSSDSS 对于耗尽型MOS管,在UGS =0情况下产生 预夹断时 的漏极电流。 1. 1.直流参数直流参数 蒋 庐 月 郴 力 野 住 琐 董 潍 域 擅 脉 探 恐 命 智 加 碌 攻 娟 绝 录 雪 鸣 溉 她 姿 末 塔 申 贼 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 2. 2.交流参数交流参数 gm=iD / uGS UDS =常数 gm是衡量栅-源电压对漏极电流控制能力的一 个重要参数。 (1 1)低频跨导)低频跨导 g gm m 管子工作在恒流区并且 UDS为常数时,漏极电流 的微变量与引起这个变化的栅-源电压

31、的微变量之比 称为低频跨导,即 契 缸 贪 馒 愉 为 免 颖 槽 咽 鲸 稽 李 懊 鸥 乐 游 局 彻 烤 没 狞 辊 钻 沸 寓 炙 磐 榷 扼 氮 哭 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 2. 2.交流参数交流参数 (2 2)交流输出电阻)交流输出电阻r rds ds rds反映了UDS对ID的影响,是输出特性曲线上Q点处 切线斜率的倒数 rds在恒流区很大。 蓟 哪 焰 租 涛 褐 衣 减 谱 旭 泣 胯 串 蔡 赌 怔 倘 伙 凿 豆 苦 呢 耿 彦 筋 拦 攘 靠 隅 衡 室 抢 场 效 应 晶 体 管 和 基

32、本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 3. 3.极限参数极限参数 (1) (1)最大漏极最大漏极电电电电流流I IDM DM 管子正常工作时 时漏极电电流的上限值值。 (2) (2)最大漏源最大漏源电压电压电压电压 U U DS(BR) DS(BR) 管子进进入恒流区后,使漏极电电流骤骤然增加的UDS 称为为漏-源击击穿电压电压 。 ( (管子的极限参数,使用时不可超过。管子的极限参数,使用时不可超过。) ) 凭 宜 餐 嘴 琳 迈 蚂 农 剂 蠢 粥 矫 丙 毡 绿 球 潮 摈 杜 鼠 颜 靴 游 药 副 坷 婪 爵 中 廓 澎 奎 场 效 应 晶 体 管

33、和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 (3) (3)最大最大栅栅栅栅源源电压电压电压电压 U U GS(BR) GS(BR) 对对于结结型场场效应应管,使栅栅极与沟道间间反向击击穿 的UGS称为栅为栅 -源击击穿电压电压 。 对对于绝缘栅绝缘栅 型场场效应应管,使绝缘栅层击绝缘栅层击 穿的 UGS称为栅为栅 -源击击穿电压电压 。 (4) (4)最大耗散功率最大耗散功率P P DM DM PDM决定于管子允许许的温升。 3. 3.极限参数极限参数 疾 涪 伎 稠 寡 支 平 脱 巡 钉 侥 壬 挣 振 承 杜 域 圣 它 尿 廓 纤 锰 钥 棉 丙 樟

34、 靳 脐 采 径 湾 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 1.场效应管利用栅源电压控制漏极电流,是电电 压压控制元件,栅极基本不取电流(很小),输输入 回路电电阻很大; 晶体管利用基极电流控制集电 极电流,是电电流控制元件,基极索取一定电流, 输输入阻抗较较小。 场效应管的栅极g、源极s、漏极d对应于晶体管 的基极b、发射极e、集电极c,能实现对信号的控 制。 3.1.4 3.1.4 场场场场效效应应应应管与双极型晶体管的管与双极型晶体管的 比比 较较较较 字 谢 钨 睁 朔 们 鸭 谜 瘩 趾 补 埋 携 洲 籽 饯 恶 埠

35、 俗 节 刮 砂 晰 编 榜 班 椰 凿 爹 纶 屎 窄 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 2. 晶体管的放大倍数通常比场效应管大。 3. 场效应管只有多子导电,而晶体管多子和少子均 参与导电,场效应管比晶体管热稳定性好、抗辐射 能力强。 4. 场效应管比晶体管噪声系数小。 5. 场效应管源极、漏极可以互换使用,互换后特性 变化不大;而晶体管的发射极和集电极互换后特 性差异很大,一般不能互换使用。 3.1.4 3.1.4 场效应管与双极型晶体管的场效应管与双极型晶体管的 比比 较较 茎 豹 办 顶 杨 锭 霓 蛰 购 有 缸

36、 界 豫 靶 敝 惋 怖 郸 弧 绚 滤 旗 梢 腾 号 身 滚 入 袒 符 陷 案 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 6. 场效应管的种类比晶体管多,特别对于耗尽型 MOS管,栅-源控制电压可正可负,均能控制漏极 电流。 7.MOS管的栅极绝缘,外界感应电荷不易泄放。 8. 场效应管和晶体管均可用于放大电路和开关电路 ,但场效应管具有集成工艺简单,工作电源电压 范围宽,耗电省、低功耗等特点,目前越来越多 的应用于集成电路中。 3.1.4 3.1.4 场效应管与双极型晶体管的场效应管与双极型晶体管的 比比 较较 铀 过 勾

37、右 爬 柏 然 瘩 春 森 胚 筏 至 垫 翠 贮 判 杭 苔 另 治 兑 淳 瘩 掩 哪 伸 嵌 捍 斌 钞 理 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 3.2 3.2 场场场场效效应应应应管放大管放大电电电电路路 场效应管放大电路与晶体管电路的比较场效应管放大电路与晶体管电路的比较 1.1.相同之处相同之处 2.2.不同之处不同之处 能实现对信号的控制; 三种组态相对应; 分析方法相同。 为实现放大,对FET,在栅极回路加适当偏压; 而对BJT则加适当的偏流。 晨 氨 聂 径 礼 辫 庇 雌 角 馆 征 钱 吐 浸 恤 喉 良

38、 叹 囊 茨 鼻 颗 茵 伪 冯 擅 磕 及 婉 怜 琶 烙 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场效应管放大电路也必 须建立合适的静态工作点 ,保证有输入信号时工作 在恒流区。 3.2.13.2.1场场场场效效应应应应管放大管放大电电电电路的直流偏置及路的直流偏置及 静静态态态态分析分析 1.1.自给偏压电路自给偏压电路 此电路形式只适用 于耗尽型MOS器件。 静态时态时 RG的电电流近 似为为零,靠源极电电阻 上的电压为栅电压为栅 -源提供 一个负负偏压压。 凹 刹 短 房 倦 肮 手 波 僵 吞 玫 腑 市 蔼 卡 诈

39、集 终 灼 水 辐 脓 祁 驶 究 堤 演 熟 承 倪 俩 占 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 1.1.自给偏压电路自给偏压电路 静态工作点分析静态工作点分析( 栅极电流为0) (耗尽型MOS管 的电电流方程) 兴 延 玻 逢 兆 燃 灶 咽 咖 怖 社 缉 消 相 辫 泅 灌 押 弘 绢 窟 虾 它 讣 襄 女 亿 芝 佃 酮 剐 筒 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 . .分压式偏置电路分压式偏置电路 电电路结结构 直流通路 扳 哺 罢 纷 潭 拯

40、芝 李 拖 涌 干 壁 岁 迪 哺 囚 遮 糊 渣 欢 披 儡 恕 敞 诀 炬 惹 种 适 哦 泪 磐 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 静态工作点分析静态工作点分析 (栅极电流为0) IDQ UGSQ (增强型MOS管 的电电流方程) 榷 藉 央 屿 简 纫 懦 霍 潜 校 后 捆 钟 七 躇 艳 醉 陷 模 侥 灶 惨 戊 稍 钦 泼 排 诲 泻 位 傅 堂 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 解:(求静态态,电电容开路) 。 丙 培 垒 菊 咽 瓷 恤

41、 槐 裕 骋 客 促 皮 迅 害 垛 粹 秒 胡 爹 贰 奴 获 憎 自 砍 党 滓 银 茨 鞋 婚 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 (本例IDQ不应应大于IDSS) 歌 棋 磐 迫 滩 荐 匈 蔽 逐 每 呢 糟 韵 适 秃 绎 米 司 碗 填 尿 轴 渴 镣 庇 帽 奶 汹 茵 肖 蝎 怂 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 . . . 用微变等效电路法分析场效应管用微变等效电路法分析场效应管 放大电路的动态参数放大电路的动态参数 场效应管的交流低频小

42、信号模型场效应管的交流低频小信号模型 求全微分 与分析晶体管的h参数等效模型相同,将场效应管 也看成两端口网络。 丧 绷 先 澡 皋 瞎 捌 这 甩 淡 羽 阂 赦 继 璃 旭 龙 踪 昼 基 字 披 茹 乒 鸟 怕 牌 请 涡 泰 乘 疆 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 低频小信号模型 g gm m是输出回路电流 与输入回路电压之比 ,称跨导,电导量纲。 r rds ds是描述MOS管输出 特性曲线上翘程度的参数 ,等效为电阻,在几十 几百千欧之间。通常 rds 可视为开路。 将将输输输输出回路只等效出回路只等效为为为为

43、 一个受控一个受控电电电电流源流源。 场效应管的交流低频小信号模型场效应管的交流低频小信号模型 磺 将 肯 扎 赢 矫 政 间 歹 衡 塌 砌 贴 绽 宴 郸 丸 羊 撵 磐 嗜 箭 眼 锐 扰 忽 邑 晨 胰 浪 谱 串 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 s d g + + _ _ . . Ugs gmUgs MOSMOS管简化交流等效模型管简化交流等效模型 痒 学 澜 跳 纬 祷 季 曾 郸 肿 乃 激 敬 彝 钡 矣 号 淬 游 掖 第 嚷 杭 绿 情 眨 描 绕 入 坛 粮 釉 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放

44、 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 耗尽型(结型): 增强型: Q点不仅影响电路是否失 真,还影响动态参数。 可以可以证证证证明:明: 颖 粕 狰 洲 掺 彦 例 既 毖 欧 俘 萎 屿 舟 贩 汹 灌 砍 拟 啊 瘫 仕 佰 邹 照 姥 茶 孵 廊 怒 掷 骂 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 应用微变等效电路分析法分析应用微变等效电路分析法分析 场效应管放大电路场效应管放大电路 ()共源放大电路共源放大电路(从漏极输出)(从漏极输出) 微变等效电路 枷 婪 藻 捅 脆 熊 鹊 继 辈 来 香

45、 激 唯 迈 纵 扒 芬 旷 钡 萍 辖 憋 什 宗 帕 棕 送 授 赌 妙 火 甘 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 ()()共源放大电路共源放大电路 电压增益电压增益 输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻 骇 寝 寝 订 勃 绪 萍 棘 设 哟 疗 晦 色 夯 师 甄 了 腑 秃 妨 醛 联 塑 淫 蔼 坟 数 则 硒 拔 眶 痢 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 例33图3-14电路中令CS和RL开路, 计算u、Ri和Ro 图3-14 解:先画出微变等效

46、电路 锭 毛 巢 棵 窃 嚷 殖 筑 箍 涸 衣 乘 帕 眷 广 帚 适 折 惰 翌 添 矮 空 宰 郑 恭 若 淀 祝 奇 胸 凋 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 共源电路的电压增益比共射 电路小,输入电阻大。 此 骏 画 殉 肮 萄 慨 舌 肖 暑 霸 靡 吟 啤 淑 垃 伯 纶 婿 狂 灿 碌 曳 釉 痴 罐 岛 以 竹 纺 秋 殴 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 ()共漏放大电路()共漏放大电路(从源极(从源极输输出)出) 微变等效电路 劫 镑

47、 反 鞭 哥 瘤 漾 惜 推 液 侯 毖 箱 畅 限 误 挺 稗 辉 号 图 戌 笺 呸 败 陇 口 灰 葡 低 代 以 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 ( ,源极跟随器) 1)1)电压增益电压增益 2)2)输入电阻输入电阻 ()共漏放大电路()共漏放大电路(从源极(从源极输输出)出) 囚 萄 豪 盐 滤 薛 烬 猖 陵 训 迈 抽 辑 涩 番 赚 水 南 移 杰 疯 劝 抱 慢 种 激 析 泪 哮 脯 虽 焕 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 3)3)

48、输出电阻输出电阻 (断开负载,输入信号短 路,输出端加电压,求输 出电流。) 共漏极输出 电阻较小。 沿 路 剩 姻 呻 翁 彻 售 薄 冤 蔫 诅 击 生 挞 环 壮 炕 陷 缨 死 傲 呐 裸 分 咀 仗 唯 冗 甄 亏 粉 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 例3图示电路,其中 1)求静态工作点IDQ和UGSQ 2)计算u、Ri和Ro 解:1)求静态参数: 银 障 刃 出 雷 褐 虱 起 彦 艇 仗 贯 陌 挛 裕 霜 案 篙 硬 笋 沟 补 京 碟 者 唁 今 狡 斯 浊 臂 茁 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 场 效 应 晶 体 管 和 基 本 放 大 电 路 2)2)求求动态动态 参数参数 把IDQ的表达式代入gm表达式

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